Material från Programkonferensen 2008-11-11 Energimyndigheten, Eskilstuna Energimyndighetens lokal "Filmsalen", Kungsgatan 43, Eskilstuna, WWW.EFFSYS2.SE
Välkommen till den 2:a EFFSYS 2 dagen! Årets upplaga av EFFSYS 2 dagen är fullmatad. 19 projekt av 22 kommer att presenteras under en dag i energimyndighetens lokaler i Eskilstuna. Presentatörerna som har strömmat in från olika vädersträck har till sin hjälp varsin presentation som ni kommer att få ta del av under dagen. De har också varsin Poster som ni kan besöka efter presentationen för ett närmare informationsutbyte med forskaren/projektledaren. I denna skrift finner ni alla postrarna. Svårt att hinna med under Presentationerna? Var lugn, inom kort läggs dom ut på programmets egen hemsida (www.effsys2.se) Återigen varmt välkomna till den andra EFFSYS 2 dagen Erik Björk, Programsekreterare EFFSYS 2 (effsys2@energy.kth.se) Program 8:30-9:00 Inskrivning och kaffe 9:00-10:00 Första passet (Välkommen, GD har ordet, ett axplock av projekten) 9:00 Programmets ordförande Eric Granryd 9:10 Generaldirektören för Energimyndigheten Tomas Kåberger 9:30 Projektpresentationer: P1 Energieffektivisering i köpcentra med ett bibehållet eller förbättrat inneklimat, Sofia Stensson, SP P8 Effektivt utnyttjande av energibrunnar för värmepumpar, Jose Acuna, KTH P15 Värmepumpar och elkvalitet, Jan Welinder, SP 10:00-10:15 Paus 10:15-12:00 Andra passet (projekt nära avslut) P2 Handbok och beräkningsprogram som underlag för dimensionering av värmepumpar och indirekta kylsystem med köldbärare, Åke Melinder, KTH P3 Värmepumpsystem med CO2 som köldmedium, Yang Chen, KTH P4 TriGen Uthållig förnybar uppvärmning av små och medelstora hus, Joachim Claesson, KTH P10 Ekonomiska värme- och kylsystem för lågenergihus Beräkningar, jämförelser och utvärdering av olika systemlösningar, Svein Ruud, SP P12 European Committee of Education within the European Heat Pump Association, Bengt Sandström, Mittuniversitet 11:30 Träffa forskarna vid deras postrar 12:00-13:00 Lunch EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 2 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
13:00-14:30 Tredje passet (projekt i full gång) P5 Dynamiska värmepumpsystem med kapacitetsreglering, Hatef Madani, KTH P6 System för värmepumpsinstallationer i fastigheter, Jörgen Rogstam, IUC P7 Optimering av marklageranslutna värmepumpsystem för klimatisering av byggnader, Saqib Javed, CTH P11 Tappvattenvärmning med värmepump Alternativa systemlösningar för varmvatten och värme, Jessica Erlandsson, CTH P13 Klimatkyla i närtid och framtid för bostäder och lokaler, Lennart Rolfsman, SP P14 Nästa generation värmepumpsystem i bostäder och lokaler, Carolina Haglund Stignor, SP 14:00 Träffa forskarna vid deras postrar 14:30-16:00 Fjärde passet (nystartade projekt) P9 Beräkningsmetoder för årsvärmefaktor för värmepumpsystem för jämförelse, systemval och dimensionering, Per Lundqvist, KTH P16 Fältmätningar för att demonstrera dagens bästa teknik för värmepumpsystem, Monica Axell, SP UTGÅR, poster finns efter session P19 Decentraliserade pumpar i kylapplikationer, Jörgen Rogstam, IUC P20 Systemanalys av värmepumpar i kombination med solfångare, Björn Karlsson, LTH P21 Värmeåtervinning i kylsystem i livsmedelsbutiker, speciellt CO2 system, Samer Sawalha, KTH P22 Modell för identifiering av lämplig effektivisering av energitekniska system med värmepumpar i befintligt byggnadsbestånd När/Var/Hur?, Jörgen Wallin, KTH 15:30 Träffa forskarna vid deras postrar 16:00-16:30 Avslutning EFFSYS 2 är ett fyraårigt tillämpat forsknings- och utvecklingsprogram för kyl- och värmepumpteknik som drivs under perioden 1 juli 2006 30 juni 2010. Programmets budget uppgår till ca 70 miljoner kronor, varav Energimyndigheten bidrar med maximalt 28 miljoner kronor. Den resterande finansieringen kommer från deltagande industriföretag samt KTH. Programmets syfte är att ta fram effektivare värmepumps- och kylteknik, som när den tillämpas i det svenska energisystemet minskar användningen av el och annan energi och reducerar effekttopparna i kraftsystemet. Programmets fokus är på effektivare system för värme och kyla baserade på värmepumpande tekniker. Styrelsen i EFFSYS 2 har beviljat pengar till 22 projekt. Läs mer om dessa projekt på programmets egen hemsida (http://www.effsys2.se) EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 3 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Energieffektivisering i köpcentra Doktorand: Sofia Stensson 1, Handledare: Monica Axell 1 och Per Fahlén 2 1 SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut 2 Chalmers Tekniska Högskola Syfte Syftet är att ta fram nya systemlösningar som leder till en resurseffektiv energianvändning i köpcentra. Värmepumpande system i köpcentra Hur kan värmepumpande teknik på bästa sätt bidra till en ökad energieffektivitet i morgondagens köpcentra? Hur stora är värme- och kyllasterna och när infaller de tidsmässigt? För att kunna besvara frågorna krävs en ökad kunskap om hur energianvändningen och systemlösningarna ser ut idag. I projektet sammanställs därför statistik och befintlig mätdata för att analyseras i kombination med resultat från simuleringar och fältmätningar. Jämförande studie av energianvändningen i olika köpcentra Köpcentra blir en allt vanligare syn världen över, men statistik och forskning kring energieffektivitet i den här typen av komplexa byggnader är fortfarande begränsad. På en internationell nivå finns det skillnader i energianvändning och systemlösningar på grunda av exempelvis befintliga energiresurser, energipriser, regelverk och traditioner i varje land. Samtidigt består hyresgästerna ofta av internationella butikskedjor som har samma krav, på exempelvis inomhusklimat, oberoende av etableringsland. Därför är det intressant att jämföra energianvändningen mellan olika länder. I projektet utvecklas en metod för sådan jämförelse som tillämpas i en studie av energianvändningen i svenska och norska köpcentra. 400 350 Specifik energianvändning i köpcentra Fastighet och hyresgäster (uppdelning saknas) Hyresgäster Fastighet Genomsnitt 300 Genomsnitt cirka 270 kwh/m 2 250 kwh/m 2 200 150 100 50 0 Figur 1. Energianvändning i köpcentra för uppvärmning, kyla, ventilation, varmvatten, fastighetsel samt hyresgästel EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 4 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Simulering av köpcentra En simuleringsmodell som beräknar energianvändningen för ett köpcentrum med möjlighet att simulera olika systemlösningar för installationssystemet och byggnadsskalet har utvecklats i programvaran IDA Indoor Climate and Energy. Resultat från energistatistik visar att butikernas belysning dominerar energianvändningen i köpcentra. Framväxande teknologi för mer energieffektiva belysningssystem kommer sannolikt att förändra karaktäristiken för värmelasterna som härrör från butikernas belysningssystem. En parametersstudie kommer därför att genomföras för att visa hur morgondagens belysning kommer att påverka de interna lasterna i köpcentra följt av de eventuellt förändrade kraven på installationssystemet. Figur 2. Zonindelning (till vänster) samt 3D-vy (till höger) av ett köpcentrum i programvaran IDA Indoor Climate and Energy Fältmätningar Resultat från fältmätningar skall användas för att validera simuleringsmodellen samt beskriva hur lasterna varierar under året, veckan och dygnet. Analys av systemlösningar På systemnivå skall olika systemlösningar för att försörja byggnaden med värme, kyla och ventilation analyseras och jämföras ur ett ekonomiskt, energimässigt och miljömässigt perspektiv. Preliminära resultat: Resultat från studerade köpcentra i Sverige och Norge visar att den genomsnittliga energianvändningen inklusive hyresgästernas verksamhetsel är cirka 270 kwh/m 2 /år (baserat på uppvärmd area). Hyresgästerna verksamhetsel motsvarar cirka 190 kwh/m 2 /år (baserat på uthyrd area). Energianvändningen är dubbelt så hög i köpcentret som använder mest energi jämfört med det som använder minst. Belysningen står för en stor del av energianvändningen i köpcentra. Hyresgästelen består nästan uteslutande av belysning och i studerade fall har hyresgästelen uppgått till 40-75% av den totala energianvändningen i köpcentret. Till detta skall fastighetens belysning adderas. I projektet Energieffektivisering i köpcentra medverkar följande företag: ABAKO Arkitektkontor AB Akademiska Hus AB Bengt Dahlgren AB Borås Energi och Miljö CebyC Frico AB Evotek Kyl AB Frigoväst ICA AB Kabona AB Kungsfors Köpcentrum AB Refcon AB Steen&Ström Sverige AB Wikström ÅF EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 5 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Kungliga Tekniska Högskolan, Institutionen för Energiteknik, Avd. för tillämpad termodynamik och kylteknik P8 - EFFEKTIVT UTNYTTJANDE AV ENERGIBRUNNAR Doktorand: José Acuna; Projektledare: Prof. Björn Palm; KTH Handledare: Peter Hill Syftet med projektet är att ta fram rekommendationer för utformning och installation av kollektorer i borrhål för värmepumpar I korthet: Vi hoppas att kunna visa på metoder som kan minska temperaturdifferensen mellan berg och förångningstemperatur med 3 grader för att därmed öka COP med 8 10%. Nedan följer en sammanfattning av det som har hänt inom projektet hittills med avseende på specifika projektmål: En av våra energibrunnar Undersökning av prestanda för olika utföringsformer på kollektorerna Vi har installerat åtta borrhålsvärmeväxlare i två anläggningar, ink. U rörs kollektorn som kartläggas i två olika anläggningar på ett detaljerat sätt. Vi gör noggranna temperaturmätningar i borrhålen med fiberoptik och termoelement. Vi har fått våra första resultat från fyra kollektorer, som redan visar några tendenser. En U rör kollektor med inre räfflor verkar både förbättra värmeöverföringen något och märkligt nog också minska tryckfallet. Spacers mellan slangar Koaxial kollektor Inre räfflor på U-rörs insida Vi har experimenterat med 13 mm spacers (avstånd mellan slangarna), som inte visar någon fördel jämfört med vanliga U rör (borrhålsdiametern är 140 mm). Vi ska även prova 38 mm spacers. Dessutom börjar vi snart att testa en ny koaxial kollektor. Undersökning av det dynamiska samspelet mellan värmeöverföringen i kollektor och värmeledningen i omgivande berg Vi har börjat arbeta på numeriska modeller av strömning och värmetransport med COMSOL Multiphysics som kalibreras med våra fältmätningar för att se hur borrhålsvärmeväxlaren samspelar med borrhålet och berget. Förutom detta har vi börjat planera ett responstest i borrhålet med hjälp av fiberoptikkablarna samt termoelement vid olika djup. Med resultaten hoppas vi att experimentellt kunna kartlägga ändring i värmeledningsförmåga, termiskt shuntflöde, samt jämföra med tidigare konventionella responstest. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 6 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Kartläggning av termisk kortslutning/shuntflöde i kollektorn (intern värmeöverföring) Vi har fått de första indikationerna av termiskt shuntflöde i olika borrhålsvärmeväxlare. Värmeflödet från den uppåtgående till den nedåtgående slangen gör att den absorberade effekten ökas med detta flöde för returslangen och minskas med motsvarande för uppåtgående slang. Mätning av borrhålsresistansen visar att returslangen alltid får högre värde än den nedåtgående slangen. Indikation av termiskt shuntflöde Temperaturmätningarna med fiberoptik samt termoelement vid olika djup i borrhålen har också visat att köldbärarens temperatur på vägen upp kan ha ett maximum vid låga köldbärareflöden. Optimering av köldbärarflödet metoder för att säkerställa turbulent flöde utan att orsaka onödigt höga pumpeffekter Vi har förberett våra anläggningar med flödesmätare samt reglerventiler i varje borrhål för att testa kollektorprestanda vid olika köldbärarflöden och därmed hitta den optimala punkten. Dessutom testar vi på alla anläggningar en borrhålskretsvariant som tillåter att säkerställa turbulentflöde i kollektorslangarna oberoende av vilket tryckfall eller flöde värmepumpen kräver. Undersökning av värmeupptagning med tvåfas termosifon (självcirkulation) Vi har samarbetat med ETM Kylteknik inom några försök för tvåfas termosifon med koldioxid. Detta har hittills gjorts med flera varianter av en kopparkollektor som består av ett helixformat uppåtgående rör. Publikationer Characterization of Boreholes Results from a U pipe Borehole Heat Exchanger Installation. 9th IEA HP Conference 2008. Experimental Comparison of Four Borehole Heat Exchangers. 8th IIR Gustav Lorentzen Conference 2008. Characterization and Temperature Measurement Techniques in Energy Wells for Heat Pumps. MSc Thesis. Thermal comparison of Two Borehole Heat Exchangers. MSc Thesis. Thermosiphon loops for heat extraction from the ground. Study work. Bergvärmepumpar kan göras ännu mer effektiva, VVS Energi&Miljö nr 3 2008. Projektets industriparters Alfa Laval, Aska Rör, Avanti System, BEDSAB, Brage Broberg, Brunata, COMSOL, Cooly, DTI, ETM kylteknik, Extena AB, Geosigma, GRUNDFOS AB, Hydroresearch, Högalids Elektriska, IVT, Kemetyl, Lowte, Lämpöässa, Manil bygg och fastighet, Mateve Oy, Muovitech, Neoenergy, Nibe, Nordahl Fastigheter, PMAB, SEEC, SVEP, SWECO, Thermia Värme AB, Thorén Energiprodukter AB, Tommy Nilsson, Tour&Andersson, Univar, UPONOR, WILO. Exempel på temperaturprofil i och utanför U-rörs kollektor Mer info om projektet finns på vår hemsida: www.energy.kth.se/energibrunnar
förångare fläkt/pu Värmepumpar och elkvalitet Jan Welinder, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut jan.welinder@sp.se Föreliggande förstudie som är finansierad av Elforsk och Effsys2 avser att undersöka om värmepumpar påverkar den lokala elkvaliteten. Värmepumpen är en stor elförbrukare i ett småhus. När det gäller total förbrukning är den dominerande men andra tillfälliga laster kan vara väl så stora (t.ex. spisen).. Det lokala elnätet kan vara både över- och underdimensionerat för värmepumpsdrift beroende på tidigare uppvärmningssystem (el eller olja). styrsystem kompressor sensorer fläkt/pump kondensor Principskiss för värmepump med potentiella störkällor blåmarkerad Värmepumpens beteende mot nätet skiljer sig från andra hushållslaster. Den belastar antingen som en stor motor (kompressorn) eller med en frekvensomriktare. Det finns därför anledning att undersöka om inverkan på nätet eventuellt blir negativ. Beroende på funktionen har en värmepump kraftiga störkällor. En god konstruktion kan emellertid eliminera eller åtminstone reducera alla aktuella typer av störningar. De potentiella störningarna är: 1. Startström kan reduceras med mjukstart eller frekvensomriktare. 2. Övertoner med frekvens 150 2000 Hz reduceras med s.k. power factor correction. 3. Högfrekvens filtreras bort. Startström Kontakter med småhusägare, tillverkare och leverantörer visar att det enda problemet som uppmärksammas mera tydligt är startström. I svaga nät som kan förekomma på landsbygden men också i äldre villabebyggelse i stadsbebyggelse är flimmer i belysningen när värmepumpar startar ett känt problem. Nätets resistans ger ett spänningsfall för höga strömmar. Ögat är känsligt också för ganska små förändringar i ljusstyrkan och snabba variationer i nätspänningen ger flimmer i glödlampor som upplevs som irriterande. I andra ström (A) 35 30 25 20 15 10 5 Möjligt utseende på startström till en värmepump på ca 10 kw (ej uppmätt) 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 tid (s) typer av belysningar som lysrör varierar flimret också med konstruktionen. Att problemet inte är stort visas av en enkät till abonnenter och diskussioner med tillverkare. Konsumenterna ser flimmer från apparater men bara i undantagsfall är källan en värmepump. Startströmmen ger i stort sett aldrig funktionsproblem för annan elektronik. Den spänningsdipp som skapas är i värsta fall ca 10 % medan en CE-märkt apparat ska tåla en kort dipp på 40 %. Övertoner Problem med övertoner kan man inte räkna med att upptäcka enkelt. Problemet dyker egentligen först upp om andelen övertoner är stor i samma nät. Det kan då röra sig om många små källor eller någon enstaka stor, ofta industriell anläggning. Övertoner kan ge skador på motorer som förväntar sig rena spänningar men också skapa störningar på dimrar och andra apparater som styr efter nätspänningen. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 8 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Högfrekvens Samma sak gäller också för högfrekvens. Problemen kan vara svåra att se för konsumenten. Elnätet används allt mer för datakommunikation. Långsam kommunikation för t.ex. styrning av belysning har funnits länge men har på senare tid börjat används i stor skala. Över hälften av de nya mätarna med inbyggd fjäravläsning skickar mätvärden över elnätet på frekvenser upp mot 100 khz. Liknande och ibland samma frekvens används internt i motorstyrningar och nätaggregat och kan läcka ut i elnätet. Över 150 khz ska de filtreras bort för att skydda radiokommunikation men i området 2 150 khz finns inga krav.? Level in dbµv 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0-10 -20 150k 300 400 500 800 1M 2M 3M 4M 5M 6 8 10M 20M 30M Frequency in Hz Störningar sprids ut på elnätet från elektronisk utrustning. EMCreglerna kräver att de begränsas men mätningar krävs inte i intervallet 2 150 khz. Området har blivit viktig för elleverantörerna och där är värmepumpar liksom den mesta elektroniska utrustningen en potentiell störkälla. EMC-regler All elektronisk utrustning i hushåll och andra miljöer har EMC-krav. Kraven kan utformas både som hur mycket störningar en apparat får skapa i sin omgivning (emission) eller hur mycket störningar utifrån den ska kunna tåla (tålighet). Flera av kraven är relaterade till elkvaliteten och hur en värmepump kan påverka den. Det gäller alla tre tidigare diskuterade fenomen. T.ex. är den spänningsdipp en värmepump får skapa begränsad samtidigt som den också ska tåla dippar. Stötspänningar kommer oftast från åska som pumpen ska tåla men det är ingen risk att den skapar mycket stora transienter själv. Fenomen Krav på tålighet Krav på emission Spänningsdippar Ja Ja Snabba transienter Ja Nej Stötspänning Ja Nej Övertoner < 2 khz Nej Ja Högfrekvens 2 150 khz Nej Nej Högfrekvens > 150 khz Ja Ja Översikt över vilka EMC-krav som ställs på en värmepump. Spänningsdippar, generering av övertoner och högfrekvens är reglerat i EMC-krav. Kraven är gemensamma för all hushållselektronik.. Nätimpedans Nätet egna egenskaper har betydelse. Viktigast är resistansen mellan lågspänningstransformatorn och fastigheten. Hur stora spänningsdippar som startströmmen till värmepump skapar mäts enligt standard mot 0,4 Ω nätresistans. Det är en ganska normal siffra för ett starkt nät men problemens syns mest på landsbygden där resistansen ibland är >1 Ω och flimmer i belysningen där med blir proportionellt större. Slutsatser Förstudien var inriktad mot att identifiera potentiella problem. En fortsatt studie bör koncentrera sig på att undersöka hur startströmmen i praktiken ser ut och hur en värmepumpsinstallation bör förberedas för att undvika oacceptabel påverkan på elkvaliteten. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 9 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
P2: Handbok och beräkningsprogram som underlag för dimensionering av värmepumpar och indirekta kylsystem med köldbärare Projektledare: Åke Melinder, Energiteknik, KTH; Projektets mål: Att arbeta fram två handböcker: 1. Handbok om indirekta system (på svenska) och 2. Köldbäraregenskaper (på engelska). 1. Handbok om indirekta kyl- och värmepumpsystem Framtagen i medverkan med följande företag och personer: Brenntag Nordic, COOP, Frigotech, ICT, IVT, Kemetyl, NIBE, Nowab, SKTF, Stainless Eng., Temper, WICA, WILO, Benny Ekman, Eric Granryd, Tommy Nilsson och Lennart Rolfsman. Utges av Kyltekniska Föreningen, SKTF. Material hämtat från olika typer av källor som Köldbärarlagets skrift (se bl.a. Figur 1), böcker, rapporter, artiklar och företagsinformation. Vissa avsnitt är nyskrivna: t.ex. System med flytande kondensering och värmepump, Indirekt system med koldioxid, Optimering av köldbärarsystem. Kapitelindelning 1. Direkta och indirekta system 2. Indirekta systemlösningar 3. Komponenter i indirekta system 4. Köld- och värmebärare 5. Korrosion i köldbärarsystem 6. Miljöaspekter vid indirekta system 7. Projektering och dimensionering 8. Utformning och kontroll av system 9. Systemkonstruktion och installation 10. Optimering av köldbärarsystem Figur 1. Placering av komponenter i ett indirekt kylsystem (Köldbärarlaget) EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 10 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
2. Properties of secondary working fluids for indirect systems Freezing point temperature, [ C]. 0-5 -10-15 -20-25 -30-35 -40-45 -50-55 Författare: Åke Melinder, Energiteknik, KTH; Planeras att utges av IIR i Paris. NaCl MgCl2 LiCl NH3 MA CaCl2 PG EA KAC EG GL K2CO3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Additive concentration of aqueous solution, [% by weight] M elinder 2008 KFO MA EA EG: Ethylene glycol PG: Propylene glycol EA: Ethyl alcohol MA: Methyl alcohol GL: Glycerol NH3: Ammonia K2CO3: Potassium carbonate CaCl2: Calcium chloride MgCl2: Magnesium chloride NaCl: Sodium chloride KAC: Potassium acetate KFO: Potassium formate LiCl: Lithium chloride Figur 2. Fryspunktskurvor för vattenlösningar (linjer streckade för koncentrationer utanför normalt arbetsområde). Handboken ger även viss hjälp att blanda till rätt koncentration. Specific heat [J/kgK]. 4500 4400 4300 4200 4100 4000 3900 3800 3700 3600 3500 Ethyl alcohol Specific heat -30-20 -15-10 -5 20 25 30 40 50-40 % by wt 15 10 5-40 -30-20 -10 0 10 20 30 40 0 40 50 60 Temperature [ C] Melinder 2007. Dynamic viscosity [mpa s]. 100 10 1 % by wt 40 50 60 30 Ethyl alcohol Dynamic viscosity % by wt 25 20 15 10-40 -30-20 -10 0 10 20 30 40 Temperature [ C] Melinder 2007 5 0 40 30 Figur 3 a,b. Spec. värmekapacitet och viskositet för etylalkohol - vatten. Figurerna visar bl.a. hur grunddata ( ;- - -) och ett Excel-program ((- - - - ; ) överensstämmer med varann. Dessa kurvor är baserade på tabeller som ges för de olika köldbärartyperna (Figur 2). Boken behandlar till en del även fasändrande koldioxid och ice slurry. Den tar även upp andra egenskaper liksom korrosions- och miljöaspekter på köldbärare. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 11 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Per Lundqvist, Yang Chen, Energy Department, Royal Institute of Technology Per.lundqvist@energy.kth.se / Yang.chen@energy.kth.se Ahlsell Danfoss (Danmark) IVT Thermia Värme Alfa Laval Dorin (Italy) NIBE Climacheck Green and Cool RANOTOR Climate well Güntner (Germany) SRM The first CO2 heat pump for the Swedish market was released by Ahlsell on July 10 th, 2005 Capacity-controlled by a variablespeed control (inverter). An air source heat pump provides both space heating and domestic hot water (DHW) heating. It is claimed to deliver 4.5 kw heat power down to an outdoor air temperature of -15 C and to be able to heat the water up to +70 C.
tank charging with electric heater at -2 C Tamb - 2008-04-29 temperature [ C] 70 14 65 13 60 12 el. heater 55 11 stops 50 10 45 9 T_top 40 8 T1 35 7 T2 T3 30 6 T4 25 5 T5 20 4 T6 water gas 15 3 cooler out water gas 10 2 cooler in deltat_strat 5 1 compr. power Flow scaled 10 0 0 [m3/h] 0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900 10800 11700 COP time [s] tank charging with no electric heater at -2 C - 2008-05-01 70 14 65 13 60 12 55 11 50 10 45 9 Flow [m3/h]; power [kw]; COP [-] Flow [m3/h]; power [kw]; COP [-] temperature [C] Frosting-defrosting periods at -2 degreec T amb and 3,4kW heating load 2008-04-14 problem in data logging 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 temperature approach before 10 defrosting 0-10 -20 0 1800 3600 5400 7200 9000 10800 12600 14400 16200 18000 19800 21600 23400 1st 2nd time[s] 6 5 4 3 2 1 0-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -10-11 -12 heating capacity [kw]; flow [-]; COP [-]; power [kw] evap. air in evap. air out CO2 compr. In water gas cooler in water gas cooler out CO2 Exp.-valve in CO2 compr. Out Comp normalized flow [x/0,239] heating capacity COP defrosting periods temperature [ C] 40 35 30 8 7 6 T_top T1 T2 T3 T4 25 5 T5 20 4 15 3 10 2 5 1 0 0 0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900 10800 11700 time [s] T6 water gas co in water gas co out deltat_strat compr. Powe flow scaled 1 [m3/h] COP EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 13 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Kombisystem - Uthållig förnybar uppvärmning av små och medelstora hus Joachim Claesson Tillämpad termodynamik och kylteknik Energiteknik KTH Energianvändning i byggnader står för en avsevärd del av Sveriges energianvändning. Detta projekt syftade till att undersöka kombinationssystem för uppvärmning av små och medelstora byggnader. Tre pelleteldade uppvärmningssystem har studerats: 1. Mikrogasturbin kombinerat med mekanisk uteluftvärmepump 2. Mikrogasturbin kombinerat med värmedriven marklagervärmepump 3. Mikrogasturbin kombinerat med mekanisk marklagervärmepump Genom att låta mikrogasturbinen antingen elektriskt driva en mekanisk värmepump eller låta dess avgaser driva en värmedriven värmepump uppnås en högra bränsleverkningsgrad än med enbart en pelleteldad panna. Fördelar med dylikt är flera 1. Förnybart bränsle används! 2. Bränslet används mer effektivt jmf enbart pelletpanna eller mikrogasturbin. 3. Ökad redundans jmf med värmepump 4. Minskad eleffektanvändning vid kallaste dagarna (jmf med enbart värmepump) 4.5 Pelletpanna (90%) 4.0 Luft-VP & Eltillsats Luft-VP & Compower(80%) SPF = Avgiven Energi (värme + Såld el) / Tillförd drivenergi (bränsle + Köpt el) 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Compower (80%) Direktverkande El, 100% Mark-VP & Eltillsats Mark-VP & Compower(80%) Direktverkande El, 100% Balanserad produktion och Pelletpanna (90%) konsumtion av elektricitet Compower (80%) Överproduktion av el Mindre produktion av el än vad kompressorn behöver Möjlig försäljning av el Figur 1 0.0-20.0 0.0 20.0 Värmepumpens balanstemperatur [ C] Figur 2 Systemen prestanda har simulerats i TRNSYS för olika kombinationer på storleken för mikrogasturbinen och värmepumpen. Alla system har haft samma toppeffekt (100% effekttäckning) vid dimensionerande utetemperature (DUT). Figur 1 visar schematisk koppling av ett av de simulerade systemen (Luft-VP & ComPower). Figur 2 visar årsvärmefaktor (SPF) för de olika simulerade systemen för olika balanstemperaturer hos värmepumpen. Alla system använder samma hus placerat i Växjö. Resultaten i Figur 2 visar tydligt en avsevärd bränslebesparing (pellet) med ett kombisystem jämfört med traditionell pelletpanna. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 14 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
0 20 000 18 000 Pris Köpt El: 1 SEK/kWh, Pris Såld El: 0 SEK/kWh, Pris Pellets: 0.5 SEK/kWh 16 000 14 000 Uppvärmningskostnad [SEK] 12 000 10 000 8 000 Balanserad produktion och konsumtion av elektricitet Pelletpanna (90%) Pellets Luft-VP & Eltillsats Luft-VP & Compower Luft-VP & Compower Luft-VP & Compower 6 000 4 000 Luft-VP & Eltillsats Luft-VP & Compower (80%) Luft-VP & Compower Simult.(80%) Balanserad produktion och konsumtion av elektricitet Inköp & Installationskostnad 80 000 99 500 205 500 150 000 125 000 2 000 Mark-VP & Compower (80%) Mark-VP & Eltillsats -20.0-15.0-10.0-5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 Värmepumpens balanstemperatur [ C] Figur 3 Elpris (SEK/kWh) 1 250 927 221 159 310 718 255 218 230 218 1.5 250 927 250 927 351 991 296 491 271 491 2 250 927 342 818 393 265 337 765 312 765 Figur 4 Även om bränslebesparingen är samhällsnyttig så är det ändå ekonomin som avgör för den enskilde husägaren. Eftersom det är två komponenter blir inköpskostnaden högre. I Figur 4 visas uppskattade inköp- och installationskostnader för traditionell pelletpanna, traditionell luftvärmepump med eltillsats, samt kombisystem med mikrogasturbin med luftvärmepump. Tre prisnivåer på kombisystemet anges, för att illustrera vilka konsekvenser kostnaden får på driftsekonomin. Figur 3 visar uppvärmningskostnaden för ett specifikt energipris-scenarie. Minsta kostnad fås för mikrogasturbin kombinerat med markvärmepump. Dock är den dyrare i inköp än t.ex. ett system med mikrogasturbin kombinerat med uteluftvärmepump. I Figur 4 visas totalkostnaden för detta system under 20 år för olika elpriser samt inköpskostnader. Det kan ses att kombisystemet har svårt att vara det mest lönsamma av de som simulerats, om inte dess inköpspris kan reduceras avsevärt. Det är troligt att större hus (flerfamiljshus) eller samfällighetsföreningar kan vara en bättre för dylika kombisystem. Enkel analys ger att ett tio gånger så stort hus enbart erhåller ca fyra gånger så stor uppvärmningskostnad. Kostnadscenario för inköp av systemen baseras på Figur 5. Investeringskostnad 160 000 140 000 120 000 100 000 80 000 60 000 Värmepump Pellet 40 000 ComPower 20 000 ClimateWell 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Installerad värmeeffekt DELTAGANDE PARTER: KTH - Energiteknik Energimyndigheten NIBE Villavärme AB IVT Industrier AB Thermia Värme AB ComPower AB ClimateWell AB Svenska Rotor Maskiner AB (SRM) Setra Group. Trälyftet AB Ingenjörsfirma Lennart Asteberg (IFLA) Figur 5
IEA HPP Annex 32 det Svenska delprojektet Ekonomiska värme- och kylsystem för lågenergihus Beräkningar, jämförelser och utvärdering av olika systemlösningar Forskarutförare och projektledare (SP Energiteknik) Tekn. Lic. Svein H. Ruud Projektledare, beräkningar Tekn. Dr. Monica Axell Bitr. projektledare, värmepumpsteknik Projektets huvudmål Att utföra beräkningar, jämförelser och utvärdering av olika systemlösningar för lågenergihus för olika platser i världen m a p energianvändning och kostnader. Delmål Bevaka den internationella utvecklingen och öka kunskapen om utformning av värmepumpsystem för lågenergihus genom deltagande i IEA HPP Annex 32 Bidra till att svenska tillverkare ligger i framkanten av denna utveckling och kan erbjuda systemlösningar; - anpassade för nya svenska och europeiska byggregler - som är konkurrenskraftiga på den europeiska marknaden Att i samarbete skapa konceptlösningar för; - nord- och sydeuropeisk förhållanden - nyproducerade hus och konvertering av äldre hus - småhus, radhus och flerbostadshus Industriparters FoU-chef Adam Fjestad Tekn. Chef Urban Kronström Export R&D Mats Fehrm Tekn. Konsult Lars B. Bergman Tekn. Chef Esse Ingesson VD Göran Åkesson Tekn. Expert Svante Wijk Thermia Värme AB IVT Industrier AB NIBE Villavärme LB-Hus AB VästkustStugan Sätila Bygg AB NCC Teknik Bakgrund Värmepumpar har en stark ställning på den Svenska marknaden Sverige har varit den ledande marknaden för värmepumpar i Europa Den framtida potentialen ligger huvudsakligen utanför Sverige Nybyggda svenska standardhus ligger i en europeisk jämförelse väl till men är inte tillräckligt energieffektiva för att kunna kallas lågenergihus Värmepumpar förekommer vanligen inte i Svenska lågenergihus idag Dagens värmepumpar är inte utvecklade och anpassade för lågenergihus Behov av produktutveckling (mindre, (el)effektivare och billigare systemlösningar) Kommande svenska byggregler (BBR) skärper kraven på hus med värmepumpar Lagen om energideklarationer ökar fokus på energiprestanda Ökat kylbehov i moderna bostäder EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 16 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Några beräkningsresultat om värmepumpar hade använts i Lindås HI SI EL HR SOL AirHP GrHP = High Insulation standard according to the passive house standard = Standard Insulation according to normal Swedish building standard = Direct ELectric heating (both for space heating and domestic hot water) = High efficient air-to-air ventilation Heat Recovery = Thermal SOLar panels for heating of domestic hot water = Air-to-water Heat Pump = Ground source Heat Pump Specific energy use 80 kwh/(m2 year) 70 60 50 40 30 66 33 61 Heating system Household electricity 53 28 23 71 39 58 26 20 33 33 33 33 33 10 0 HI+EL+HR+SUN HI+AirHP+HR HI+GrHP+HR SI+AirHP+HR SI+GrHP+HR Specific peak power demand 25,0 20,0 Domestic hot water Space heating Pumps and fans 18,6 18,8 22,6 8,2 17,8 W/m 2 15,0 8,2 8,2 8,2 10,0 7,6 13,4 5,0 9,7 9,7 3,3 8,0 2,9 0,0 0,6 0,8 1,4 1,0 1,7 HI+EL+HR+SUN HI+AirHP+HR HI+GrHP+HR SI+AirHP+HR SI+GrHP+HR Life cycle costs 110000 100000 90000 Present energy costs (120 years) Present reinvestment costs Initial investment cost 98300 EURO 80000 70000 60000 50000 40000 83573 78325 66245 56621 61653 45915 78394 70398 52487 30000 20000 10000 0 4327 9826 5349 9826 5349 13000 12000 15000 12000 15000 HI+EL+HR+SUN HI+AirHP+HR HI+GrHP+HR SI+AirHP+HR SI+GrHP+HR EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 17 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
EUCERT European Certified Heat Pump Installer Ett EU-gemensamt utbildningsprogram för värmepumpinstallatörer. National Coordinator för Sverige: SVEP/Bengt Sandström, ord ledamot av EHPA Education Committée EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 18 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
EUCERT European Certified Heat Pump Installer Ett för EU gemensamt certifieringsprogram för värmepumpinstallatörer 1. Application Validity Check Extension Withdrawal Krav på installatören för att bli certifierad: - godkänd EUCERT utbildning - yrkesutbildning inom området - 2 års erfarenhet av värmepumpinstallationer Certifieringsorgan i Sverige: Incert AB EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 19 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
DYNAMIC HEAT PUMP SYSTEM WITH CAPACITY CONTROL Hatef Madani, Per Lundqvist, Björn Palm, Joachim Claesson Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Stockholm, Sweden Objectives The project aims at modelling and simulation of a heat pump system with capacity control in order to evaluate the different control strategies in heat pump systems. The modelling covers all the system components including the heat pump unit, the heat sink (the building), and the heat source such as ground or outside air and consider the dynamic behaviour of all the components. The experiments are being done in order to validate the models. Modelling and simulation The models are needed to: Compare consistent system components Avoid measurement of some detailed parameters Consider the effect of system dynamics A detailed variable capacity heat pump unit model is made in EES (Engineering Equation Solver). Different types of compressor losses including inverter and motor losses are the example of the results achieved from this unit modelling. The capacity controlled HP unit model made in EES is linked to a dynamic simulation environment (in this case TRNSYS) to evaluate the performance of the whole system including building, climate, and heat source in a transient condition. 6.00 Heavy building-low tempertaure light building_high temp. 5.00 4.00 COP 3.00 2.00 1.00 0.00 1 68 135 202 269 336 403 470 537 604 671 738 805 872 939 1006 1073 1140 1207 1274 1341 1408 Jan-Feb Figure 1: An example of modelling results: COP variation during January and February for a variable speed heat pump unit(4-16kw) when used in a heavy building with low- temperature heating distribution system (blue curve) and when used in light building with high temperature distribution system (pink curve). EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 20 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
light building-high temperature distribution system heavy building-low temperature distribution system 1400 1200 1000 Number of hours 800 600 400 200 0 0 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 Frequency (Hz) Figure 2: An example of modelling results: the number of hours in a year that a variable speed compressor operates at each frequency when used in a heavy building with low- temperature heating distribution system (blue curve) and when used in light building with high temperature distribution system (red curve). The capabilities of the available models: It needs to be fed by some simple test data but gives very realistic results. Considering all the losses in the system components including the unknown losses in the variable speed system (such as inverter, motor, etc.) It can be applied in a large variety of conditions such as different compressors, refrigerants, types of heat source, buildings, and geographical locations. Experiments Field measurement plays a significant role not only in understanding the system behaviour in transient condition but also the model validation Table 1:The list of the field measurements which are currently being done Capacity control Heat source Type of compressor Type of refrigerant Case 1 Case 2 Three locations Case 3 Single speed Compressor Variable speed pump Variable speed compressor Single speed pump Variable speed compressor Single speed pump Ground water Hermetic scroll R407C Outside air Rotary R410A Ground water Hermetic scroll R134a Literature survey An effsys2 report called A comprehensive study on capacity control in heat pump systems: methods and strategies For further information about the project, email to hatef.madani@energy.kth.se EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 21 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
System för Fastighetsvärmepumpar, sfvp.se SFVPs mål är att skapa en kunskapsbas om värmepumpinstallationer i större fastigheter. I referensdatabasen samlas exempel på installationer, som både installatörer och beställare kan dra nytta av. Argument för och emot fastighetsvärmepumpar belyses, inte minst vad gäller ekonomiska och miljömässiga aspekter Bakgrund Tanken om ett projekt för att samla kunskap om stora värmepumpar skapades av KYLentreprenörernas förening, SVEP och IUC redan 2005 Bakgrunden var ett ökande intresse för installationer av Fastighetsvärmepumpar Förutsättningarna vid installation är ofta mycket olika villavärmepumpsystem Initialt förekom problem vilket ledde till idén att ett projekt skulle samla kunskap om bra och dåliga installationer Först i februari 2007 blev finansieringen för ett 2-årigt projekt klar genom Energimyndighetens forskningsprogram EFFSYS2 IUC blev genom Sveriges Energi- och Kylcentrum projektägare och samarbetar sedan mars 2007 med WSP Environmental Websajt Projektets websajt (sfvp.se) finns tillgänglig sen juli 2007. Åkervall & Rogstam, 2008 sfvp.se
Projektmål Förbättra och säkerställ kommunikationen med marknaden för bästa spridning av kunskapen Bygg upp en websajt för kommunikation av resultat Sammanställ statistik från fältet och identifiera: framgångsfaktorer i bra installationer kommersiella mål för att en installation ska lyckas Gör ev. enklare fältmätningar för att konstatera förutsättningar, potential till förbättring, etc. Publicera kortfattat och frekvent tips, råd och erfarenheter för installatörer, tillverkare och driftspersonal I området Larsberg på Lidingö finns exempel på en lyckad installation (se sfvp.se). Resultat På websajten sfvp.se finns en databas med ett 60-tal anläggningar där både projekterade och uppmätta data från verkliga anläggningar kan studeras. Syftet är att ge att underlag för beslut samt sprida kunskap om anläggningars förväntade prestanda och ekonomi. Besöksstatistiken följs upp och i genomsnitt har sajten ca 20 träffar per dag vilket för ett så smalt område får anses bra. Sajten kompletteras och utvecklas kontinuerligt med ny information och nya funktioner. Projektet genomförde under hösten 2008 en turné med frukostmöten där ytterligare synpunkter på projektets verksamhet togs in. Finansiering finns till halvårsskiftet 2009 och sen återstår att se hur projektet lever vidare. Kontakt Daniel Åkervall, WSP Environmental, daniel.akervall@sfvp.se Jörgen Rogstam, Sveriges Energi- & Kylcentrum, jorgen.rogstam@sfvp.se Åkervall & Rogstam, 2008 sfvp.se
Optimization of Ground Coupled Heat Pump Systems PhD Researcher: Saqib Javed, Research Supervisors: Per Fahlén & Johan Claesson Division of Building Services, Chalmers University of Technology Objective The study aims at identifying key optimization factors for Ground Coupled Heat Pump (GCHP) systems by means of modelling, simulations and field studies. The objective is to develop a simple and user-friendly calculation tool to facilitate designers and researchers interested in the complete system optimization. Background In a GCHP system the heat transfer in the ground heat exchanger varies persistently with continuously varying building loads. The heat pump performance and the ground heat transfer are also coupled. However, till very recently, only the long term response of the ground heat exchanger has been considered ignoring the short term transient response. The short term response of the ground loop has important bearing on aggregate design length of the ground heat exchanger which is an important optimization parameter. Methods 1. Field studies will be carried out to monitor the real load-profiles from various installations and if possible the response of the coupled ground heat exchanger will also be measured. 2. Models for the complete system will be developed and simulated. The inputs to the simulations will be taken from the field study measurements. 3. Results from the simulations will be validated by replicating the field measured loadprofiles in a controlled laboratory environment. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 24 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Present Scenario A comprehensive literature review has been carried out and a state-of-the-art report, detailing and comparing various analytical and numerical models and highlighting their respective strengths and limitations, is being published. Simulations of the significant analytical models are being done using MATLAB- SIMULINK. The reason for using analytical models is their superior computational efficiency and the flexibility for parameterized design. A laboratory with 9 boreholes, 3 heat pumps, 4 storage tanks and other auxiliary systems necessary to replicate most of the real life situations has been set up. In the pipeline Field studies are being planned and arrangements for taking measurements at few interesting installations are being finalized. Models accounting for short time response of ground heat exchangers are being critically investigated and efforts are being made to develop new analytical models capable of predicting ground heat exchanger response for rapidly varying building loads. Commissioning and the initial investigations including thermal response test, finding undisturbed ground temperature etc, are being finalized for the laboratory system. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 25 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Tappvattenvärmning med värmepump Alternativa systemlösningar för tappvatten och värme Doktorand: Jessica Erlandsson. Handledare: Per Fahlén, Torbjörn Lindholm. Syfte Syftet är att beskriva hur framtidens värmepumpsystem kan utformas för att, med låg energianvändning, tillgodose varmvattenbehov i kombination med rumsvärmning. Bakgrund Behovet av varmvatten tenderar att öka medan behovet av värme tenderar att minska. Detta på grund av att bättre byggnadsdelar och värmeåtervinning minskar behovet för rumsvärme, i kombination med ökande krav på varmvatten när det gäller temperatur och mängd. Frågeställningar Hur ska värmepumpssystem utformas för att tillgodose varmvattenbehov med låg energianvändning? Finns det behov av att revidera normer för dimensionering, provning och redovisning av prestanda? Hur hanteras kombinationen värme och varmvatten vid årsenergiberäkning av värmepumpssystem? I projektet deltar följande företag: SP IVT Nibe Thermia Boröpannan Wilo Grundfos SWEP Alfa Laval ESBE CTC Enertech Viessmann TAC Villeroy&Boch Boverket ClimaCheck Strömsnäspannan Honeywell 70 Visthusboden v.453 (2005-01-02--2005-01-03): Varmvatten 0,35 Temperatur [ C] 60 50 40 30 20 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Tvv Tkv Tvbvv1 Tvbvv2 Ttank1 Ttank2 Ttank3 Ttank4 qvv 10 0,00 156 168 180 192 kl. 12 kl. 24 Tid [h] kl. 12 kl. 24 Figur 1. Tappvattencykler med temperaturvariationer för olika tappningar. Mål Svagheter och förbättringspotential hos dagens system för tappvattenvärmning med värmepump ska identifieras och därefter tas alternativa systemlösningar fram. Samtidigt genereras kunskap om nuvarande och framtida krav på system för tappvattenvärmning samt om funktionskritiska egenskaper. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 26 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Metod En generell studie av för och nackdelar med dagens systemlösningar för tappvattenvärmning genomförs. Projektet bygger vidare på resultat från det tidigare Effsys projektet H23, i vilket en specifik lösning för varmvattenproduktion behandlades. Litteraturstudie Behov och funktionskrav Systemsimuleringar Fältmätningar Effektiviserings potential Alternativa systemlösningar Kartläggning och analys av dagens system Figur 2. Arbetsgången i projektet. En litteraturstudie genomförs samtidigt som behov och funktionskrav studeras och dagens systemlösningar kartläggs. Resultaten från den första delen ger information till systemsimuleringar som verifieras med resultat från fältmätningar. Tillsammans ger det en indikation på effektiviseringspotential med alternativa systemlösningar och effektivare komponenter. Slutligen ska en alternativ systemlösning tas fram för experimentell utvärdering. Exempel på tappvattenvärmning VV VV KV KV VV VV KV vb,ut Figur 3. Figur 4. KV vb,in Värmning med tappvattenlagring; direktvärmning, i tanken och med extern värmeväxlare, samt indirekt värmning av tanken (dubbelmantel). VV VV vb från panna, fjärrvärme m.m. KV vb-tank KV Varmvattenvärmning utan lagring. Direktvärmning i tappvattenväxlare. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 27 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Klimatkyla i närtid och framtid för bostäder och lokaler Roger Nordman, Monica Axell, Caroline Haglund Stignor, Lennart Rolfsman mfl. SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Syfte Detta projekt bedrivs (parallellt med P14) på SP i samarbete med CTH, LTH och ett antal företag inom branschen. Projektets övergripande syftet är att analysera nuvarande marknad och framtida potential för klimatkyla i lokaler och bostäder. Projektet skall fokusera på potentialen för klimatkyla och hur den skall produceras på bästa sätt. Energieffektiviserande åtgärder och metoder för att minimera kylbehovet ska beaktas. Projektet ska leda till att förslag tas fram på ett antal konkurrenskraftiga systemlösningar som skall vara långsiktigt hållbara ur ett ekonomiskt, miljö- och energimässigt perspektiv. Många ägare till frågan I projektet beaktas frågan om klimatkyla från flera perspektiv, vilket visas i figur nedan. Dessa intressener har inte samma mål eller samma drivkrafter för att sälja/köpa klimatkyla, viket kommer att belysas i rapporteringen. Systemgräns samhälle/stat Systemgräns fjärrvärmeföretag E l m a r k n a El d Köpt el till pumpar och fläktar Systemgräns fastighetsägare KVV Såld/köpt fjärrvärme Konvektor /radiator Primärenergi Finansiärer / deltagande företag ELFORSK Energimyndigheten via eff- Sys II AB Bostäder i Borås Akademiska Hus Borås Energi och Miljö Enertech AB Göteborgs Energi AB IVT Industrier AB JACAB AB JM AB LB Hus NCC Nibe AB Peab AB Refcon Skanska Skellefteå Kraft Sveriges Byggindustrier Landstinget i Uppsala län Vattenfall Utveckling VVS Företagen Västfastigheter ÅF EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 28 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Analys av lagstiftning och direktiv Den idag kända lagstiftningen är: - Energieffektiviseringsdirektivet Hur den svenska processen utmynnar i styrmedel för olika energislag kommer att vara mycket avgörande för kommande val av systemteknik. - Direktivet för Eco label/eco design Konsekvensen från ett genomslag av detta direktiv är att elanvändningen för apparater och belysning kommer att minska, vilket i sin tur leder till att värmebehovet kommer att öka. I lokaler där ett kylbehov finns kommer samtidigt detta att minska. Krav på Energicertifiering av byggnader Certifieringsprocessen och den kunskap som kommer fram från dessa energicertifieringar kommer att leda till minskad energianvändning om åtgärder genomförs av fastighetsägare. - Nya byggregler BBR 2006 samt eventuell skärpning av dessa Kylsystemet ses i dessa regler utifrån ett strikt hus -perspektiv. Detta innebär det att frikyla levererad som fjärrkyla alltid är totalt belastande energi medan samma frikyla producerad av fastighetsägaren endast tar upp köpt energi till pumpar. - F-gasförordningen I Sverige innebär denna numera att miljöbelastningen från kylsystem kan öka, eftersom distribution av kyla med köldmedium i större system över 0 C idag är tillåten igen, vilket inte tidigare var fallet. Klimatkyla i bostäder Undersökningar visar att behovet av kyla i enbostadshus är relativt litet. Det behov som finns skulle dock kunna tillgodoses med såväl reversibla luft/luftvärmepumpar som med bergvärmepumpar om en extra luft/vätskevärmeväxlare kopplas till dessa. Klimatkyla i lokaler I lokaler är kylbehovet betydligt större än i bostäder, främst på grund av större internlaster. Användandet av värmepumpar i lokaler är särskilt intressant i sådana lokaler där det finns ett samtida uppvärmnings- och kylbehov och/eller de fall där möjligheter till borrhålslager finns. Andra lösningar innehåller en stor frikylakomponent, antingen via fjärrkyla eller genom lokal frikyla genom ventilation eller borrhålslager, se figur nedan. RUM AHU + - kylmedelkylare Chiller EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 29 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
P14 - Nästa generations värmepumpssystem i bostäder och lokaler Detta projekt bedrivs (parallellt med P13) på SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, i samarbete med CTH, LTH och ett antal företag inom branschen. Syftet med detta projekt är att beskriva kraven på nästa generation av värmepumpsystem då de skall installeras, alternativt ersätta en befintlig värmepump, i det nuvarande fastighetsbeståndet eller installeras i nybyggda fastigheter. Ett antal möjliga systemlösningar ska föreslås. Förväntade energieffektiviseringsåtgärder i det befintliga fastighetsbeståndet skall beaktas och en bedömning av i vilken omfattning värmepumpar i kombination med klimatkyla kommer att vara aktuellt i bostäder i framtiden skall göras. Projektledare Monica Axell, SP Forskningsutförare Caroline Haglund Stignor, SP Roger Nordman, SP Lennart Rolfsman, SP Markus Lindahl, SP Markus Alsbjer, SP Svein Ruud, SP Per Fahlén, CTH Jan-Olof Dalenbäck, CTH Göran Hellström, LTH Finansiärer / deltagande företag ELFORSK Energimyndigheten via eff-sys II AB Bostäder i Borås Akademiska Hus Borås Energi och Miljö Enertech AB Göteborgs Energi AB IVT Industrier AB JACAB AB JM AB LB Hus NCC Nibe AB Peab AB Refcon Skanska Skellefteå Kraft Sveriges Byggindustrier Landstinget i Uppsala län Vattenfall Utveckling VVS Företagen Västfastigheter ÅF Analys av nuvarande och framtida lagstiftning och direktiv och hur detta påverkar kraven för framtida systemlösningar har gjorts: Energieffektiviseringsdirektivet De publicerade omräkningsfaktorerna mellan använd energi och primärenergi kan komma att påverka i vilken utsträckning värmepumpar, fjärrvärme eller andra uppvärmningsformer väljs samt hur styrmedel utformas. Direktivet för Eco label / Eco design Konsekvensen från ett genomslag av detta direktiv är att elanvändningen för apparater och belysning kommer att minska, vilket i sin tur leder till att värmebehovet kommer att öka. I lokaler där ett kylbehov finns kommer samtidigt detta att minska. Krav på Energicertifiering av byggnader kan leda till minskad energianvändning om åtgärder verkligen genomförs av fastighetsägarna. Nya byggregler BBR 2006 samt eventuell skärpning I dessa regler definieras hur mycket energi som totalt får användas i en ny byggnad till uppvärmning och kyla. Hur de ser ut kommer att påverka utformningen av klimatskal och valet av uppvärmningskälla och eventuell metod för klimatkyla. De nya byggreglerna, BBR 2006, kan leda till att värmepumpar blir ännu vanligare i nybyggda småhus. En skärpning av reglerna kan leda till att andelen bergvärmepumpar i nybyggda hus ökar, delvis på bekostnad av andelen frånluftsvärmepumpar. F-gas förordningen Större fyllnadsmängder leder till krav på kortare intervall mellan täthetskontroller vilket ger ett incitament att hålla nere fyllnadsmängderna av HFC-köldmedier. Framtidsscenarier Tre olika framtidsscenarier har tagits fram inom projektgruppen. Dessa har olika inriktning och benämns Business as Usual, Miljö/Klimat och Tillväxt. För dessa tre scenarier har sedan kravspecifikationer tagits fram. Dessa beskriver vilka krav som kommer ställas på framtidens värmepumpssystem för att de ska vara konkurrenskraftiga ur både miljö- och kostnadsperspektiv. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 30 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Kartläggning av fastighetsbeståndet En beskrivning av det existerande fastighetsbeståndet har gjorts. Statistik har gåtts igenom för att sammanställa när bostäder och lokaler är byggda, vilka värmebehov och kylbehov de har, vad lokalerna används till samt hur ägarstrukturen ser ut för lokalbeståndet. Denna statisktik visar att en väldigt stor andel av både bostäder och lokaler är byggda före 1980 och att det har byggts mindre och mindre under de senaste decennierna. Statistiken visar att det är en ganska liten del av både bostäder och lokaler som värms upp med olja idag. Värmepumpsstatistik Statistiken över försäljningen av värmepumpar har visat på en stark tillväxt under de senaste åren men visar för år 2007 för första gången på många år en nedgång i antalet sålda värmepumpar. Detta kan vara en effekt av att de flesta oljeuppvärmda hus redan är konverterade till annan uppvärmningsform. Statistiken visar dessutom att det fortfarande är relativt sett ovanligt med värmepumpar i större fastigheter och lokaler. En ökning är dock mycket möjlig och omfattningen beror till stor del på relationerna mellan priset på el och fjärrvärme och till viss del även på priset på fjärrkyla. Relationen mellan de olika energislagens miljöbelastning och primärenergifaktorer kan också få betydelse. Statistiken visar att de vanligaste värmepumpstyperna idag är vätska/vattenvärmepumpen och luft/luftvärmepumpen. 60 140,000 miljoner m 2 50 40 30 Övriga Biobränsle+el (v) Biobränsle+el (d) Olja+biobränsle+el Olja+biobränsle Olja Berg/jord/sjövärmepump El (v) El (d) Fjärrvärme 120,000 100,000 80,000 60,000 Brine-Water Exhaust air Air-Air Air-Water 20 40,000 10 20,000 0-1940 1941-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-2000 2001- Uppvärmningsform och byggår för enbostadshus (Källa SCB). 0 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Försäljning av värmepumpar i Sverige (Källa SVEP). Kombinerade kyl- och uppvärmningsbehov Undersökningar visar att behovet av kyla i enbostadshus är relativt litet. Det behov som finns skulle dock kunna tillgodoses med såväl reversibla luft/luftvärmepumpar som med bergvärmepumpar om en extra luft/vätskevärmeväxlare kopplas till dessa. I lokaler är dock kylbehovet betydligt större. Användandet av värmepumpar i lokaler är särskilt intressant i sådana lokaler där det finns ett samtida uppvärmnings- och kylbehov och/eller de fall där möjligheter till borrhålslager finns. Effekt (W) 500000 450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 Värmebehov Kylbehov Varaktighet 3000 2500 2000 1500 1000 Varaktighet (h) 100000 50000 500 0 0-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 Utomhustemperatur ( C) Exempel på uppvärmnings- och kylbehov (dagtid) i en kontorsfastighet (Källa Göteborgs Energi). Kombinerat värmepumps- och klimatkylsystem med borrhålslager (Källa Göran Hellström). EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 31 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
P9, Beräkningsmetoder för årsvärmefaktor för värmepumpsystem för jämförelse, systemval och dimensionering KTH; Per Lundqvist, Jan-Erik Nowacki, Joachim Claesson SP: Monica Axell, Roger Nordman Projektets syfte I den första fasen i detta projekt skall en sammanställning och jämförelse göras av existerande modeller och beräkningsmetoder för årsvärmefaktor (Seasonal Performace Factor, SPF) och energibesparing. Som indata för värmepumparnas prestanda skall testdata från gällande Europeiska harmoniserade standarder användas. Projektet skall dessutom använda resultat från genomförda mätningar från fält och laboratorium för validering av modellerna. Dessa modeller skall jämföras med mer sofistikerade modeller och program som utvecklats för dimensionering av värmepumpsystem. Befintliga förenklade beräknings-metoder (modeller och program) skall sedan vidareutvecklas för att svara upp mot dagens behov av noggrannhet. Utdata från beräkningarna skall även här vara årsbesparing och årsvärmefaktor. Resultaten från beräkningarna skall också kunna användas för att göra beräkningar av miljöpåverkan (CO2 mm) och vara stöd vid val mellan olika systemtyper och tillverkare. Ett redan uppfyllt delmål är att detta projekt skall resultera till ett internationellt samarbetsprojekt inom IEA Heat Pump Program. Beslut om detta fattas i dagarna inom IEA Heat Pump Program. Med anledning av detta har projektstarten senarelagts till 2009-01-01. Bakgrund Det finns behov av två huvudtyper av beräkningsprogram för värmepumpsystem: dels mer detaljerade program för dimensionering av värmepumpsystem och dels enklare transparenta beräkningsmetoder som kan användas för jämförelse och kvalitetssäkring av värmepumpsystem. SPF = A Agreement? Min Data Case 1 Case 1 Field Test HP Model Y Manufacturer Z Grundprincipen är att en ny enklare transparent programvara (SPF - Simplified Tool) skall kunna användas för initialt val av värmepumpsystem (systemlösning, värmkälla etc). Detta program kan även användas för jämförelser nationellt och internationellt. Bild 1 SPF Simplified Tool HP test data Model Y EN 25xxx När kunden/slutanvändaren sedan skall installera värmepumpsystemet i sin egen fastighet är det viktigt att använda en mer detaljerad programvara så att dimensioneringen blir korrekt (se figur 2). För denna typ av dimensionering utvecklades bl.a. det gemensamma beräkningsprogrammet Prestige inom ramen för effsys (1). Detta och andra existerande dimensioneringsprogram behöver dessutom sinsemellan jämföras för att undersöka om de behöver utvecklas ytterligare för att svara upp mot dagens behov. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 32 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Det finns ytterligare ett skäl att vidareutveckla befintliga beräkningsprogram för (SPF) så att de synliggör skillnaderna mellan olika typer av systemlösningar. Bland annat bör programmen utvecklas så att de (i) synliggör skillnad mellan on/off reglering och kapacitetsreglering samt (ii) andra typer av teknikutveckling avseende kombinerad drift för värme och tappvarmvatten. Programvaran kan om den blir tilläckligt bra användas som objektiv information till slutanvändaren då de skall välja typ av värmepumpsystem Det är alltså viktigt att denna programvara är transparent men ändå tillräckligt bra för att synliggöra skillnaden i energibesparing och årsvärmefaktor mellan de olika värmepumpsystem, inverkan av omgivningsklimatet samt distributionssystemet i fastigheten. Case 1 Field Test HP Model Y Manufacturer Z HP test data Model Y EN 25xxx Dim Data Case 1 Bild 2 SPF = B Dimensioning software Manyfacturer Z Båda programtyperna bör alltså ge som utdata både en årsvärmefaktor (SPF) och en årlig energibesparing samt vara indata till beräkning av CO 2 reduktion som förväntas vara en efterfrågad parameter både för slutkunder, beslutsfattare och tillverkare framöver. De båda programtyperna bör dessutom ge jämförbara resultat (figur 3). Båda programvarorna skall använda indata från gällande harmoniserade EU standarder. Vi vill betona att väl fungerande dimensioneringsprogram är viktiga för fortsatt tillväxt och acceptans för tekniken. Tillväxt kräver nöjda kunder som får väl fungerande värmepumpsystem. Ett enkelt robust program för jämförelse av olika värmepumpsystem är viktigt när slutkunden skall välja systemlösning. Ur ett miljöperspektiv är det dessutom viktigt att slutkunden väljer bästa möjliga system på marknaden. Ett bra värmepumpsystem har ju dessutom en livslängd på ca 20 år! SPF = A Min Data Case 1 SPF Simplified Tool Case 1 Field Test HP Model Y Manufacturer Z HP test data Model Y EN 25xxx Dimensioning software Manyfacturer Z Bild 3 Projektet skall resultera i följande: # Förslag till ett nytt gemensamt transparent beräkningsprogram för SPF som kan användas för jämförelse och systemval. Programmet skall ge en rimlig bedömning av såväl årsvärmefaktor som årlig besparing för ett urval av typhus och typklimat. # Förslag till vidareutveckling av dimensioneringsprogram och algoritmer som kan användas för detaljerad beräkning av årsvärmefaktor för värmepumpsystemet och årsbesparing. Agreement? Agreement? Dim Data Case 1 Agreement? Agreement? SPF = B EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 33 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
P16 - Fältmätningar för att demonstrera dagens bästa teknik för värmepumpsystem Detta projekt bedrivs på SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, i samarbete med SVEP och värmepumpstillverkarna. Syftet med projektet är att via demonstration visa potentialen för den värmepumpande tekniken för värmning, kylning och tappvarmvattenproduktion. Projektet inriktas på bästa möjliga teknik och olika typer av existerande systemlösningar ingår i studien. Projektledare Monica Axell Forskningsutförare Caroline Haglund Stignor, SP Roger Nordman, SP Peter Lidbom, SP Mattias Stenlund, SP Johan Björkman, SP Finansiärer / deltagande företag Energimyndigheten via eff-sys II Enertech AB IVT Industrier AB Nibe AB SVEP Thermia AB TESAB AB Qvantum Energi AB Det övergripande syftet är att genom demonstration visa potentialen med den värmepumpande tekniken för värmning, kylning och tappvarmvattenproduktion. Ett delmål är att utveckla en fältmetodik för mätning på värmepumpsanläggningar och genomföra fältmätningar på värmepumpsanläggningar. Ett annat delmål är att använda erfarenheter och resultat från projektet som underlag för riktlinjer, guide lines, riktat till konstruktörer och installatörer. Projektet inriktas på bästa tillgängliga teknik och flera olika typer av systemlösningar skall demonstreras i studien. Projektet skall dessutom resultera i ett internationellt samarbetsprojekt inom IEA Heat Pump Program. Inom EU och IEA belyses vikten av att demonstrera dagens bästa teknik för att öka implementering/introduktionstakten av ny teknik på nya marknader. I Sverige har marknadsintroduktionen varit framgångsrik när det gäller värmepumpsystem för enfamiljshus. Värmepumpars effektivitet är starkt beroende av val av värmepump, dimensionering samt det system värmepumpen kopplas in i. Det finns ett behov av att demonstrera systemets effektivitet, SPF, och vilka energibesparingar som kan uppnås med bästa möjliga teknik samt att visa/demonstrera att systemen är driftsäkra. Med dagens klimatdebatt är det dessutom intressant att belysa vilken potential värmepumpande teknik har för att bidra till CO 2 -reduktion på nationell och internationell nivå. Den Europeiska marknaden efterfrågar demonstrationsprojekt för att stärka acceptansen för värmepumpstekniken. Tidigare genomförda projekt på SP har demonstrerat dagens standardsystem. Det finns ett behov av att komplettera med demonstration av top-of-the-line system. Motsvarande nationella satsningar har genomförts och pågår ibland annat i Tyskland och Schweiz för att kommunicera möjligheterna med tekniken samt för att få erfarenhetsåterföring från fältet. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 34 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Genomförande Projektet genomförs som ett samarbetsprojekt mellan SP, SVEP och värmepumpstillverkarna. Kartlägga befintliga systemlösningar Kartlägga befintliga systemlösningar på marknaden och välja ut intressanta systemlösningar tillsammans med SVEP och industrin. Val av värmepumpsystem Val av värmepumpsystem genomförs tillsammans med tillverkarna. Målet är att få med så många olika systemlösningar som möjligt. Projektet innefattar system för värme, kyla och tappvarmvattenproduktion samt system med mer än en värmekälla. Standardiserad fältmetod Utveckla en standardiserad fältmetod och metod för redovisning av årsbesparing, SPF och CO 2 - reduktion. Fältmätningar Fältmätningar genomförs i de utvalda anläggningarna under ett år för att kunna beräkna årsbesparing, årsvärmefaktor och potential för CO 2 reduktion. Analys Resultat utvärderas och analyseras för beräkning av årsbesparing, årsvärmefaktor och potential för CO 2 -reduktion. Rapportering EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 35 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Decentraliserade pumpar i kylapplikationer Projektet syftar till att minska pumpeffekten i kylsystem genom att teoretiskt och experimentellt utvärdera decentraliserade pumpar i köldbärarsystem med inriktning mot butikskylapplikationer. En minskning av distributionseffekten är viktig eftersom indirekta kylsystem i praktiken ofta använder 25-40% av tillförd elenergi till pumpar och fläktar. Av detta går ca hälften till distribution av köldbäraren. Bakgrund Decentraliserade pumpkoncept för värmesystem har marknadsförts av bla Wilo i Tyskland. Det har påvisats att energibesparingspotentialen är så hög som 20% på värmesystemet som helhet. Minskad pumpeffekt är en del men kanske viktigare är styrning och kontroll av erforderlig fram- och returledningstemperatur. För kylsystem är inverkan av effektivare pumpar och bättre reglering ännu större. Pumpens påverkan på energianvändning kan delas in i den primära och sekundära effekten där den förstnämnda är direkt elenergi för pumpens arbete. Den sekundära är att den till värme omvandlade primära energin som också måste kylas bort av kylsystemet. För ett kylsystem med dimensionerande kyleffekt 100 kw kommer köldbärarpumpen årligen att använda ca 27 MWh i direkt och 8 MWh i indirekt elenergi. Detta motsvarar ca 15% av total tillförd energi till kylsystemet. Målet är att reducera detta till ca 5-10% (12-24 MWh årligen för systemet). En kyldisk vilken ofta är köldbärarkyld. Genomförande Detta projekt ska demonstrera att energibesparingen kan uppnås i en testbutik (i laboratoriemiljö) när kylsystemet konverteras från en traditionell lösning med en central pump till en decentraliserad lösning. Det existerande testsystemet används J.Rogstam, 2008 iuc-sek.se
som referens efter att ha optimerats. Därefter konverteras köldbärarsystemet till en decentraliserad systemlösning och jämförs sen energimässigt. En decentraliserad pumplösning för köldbärarsystem med bra energieffektivitet är intressant ur många aspekter. System som fortfarande använder DX-lösningar med stora köldmediemängder som följd kan lättare räknas hem energimässigt och därmed konverteras. Existerande traditionella köldbärarsystem kan till en relativt låg kostnad konverteras till decentraliserat system. Med rätt styrning och kommunikation kan decentraliserade pumpar leda till högre köldbärartemperaturer vilket också spar energi. Projektmål Visa köldbärarpumpens inverkan på ett (typ)kylsystems effektivitet (hur stor reduktion i COP orsakar KB-pumpen). Optimera ett traditionellt köldbärarsystem som referens. Presentera/åskådliggör var förlusterna finns. Visa teoretisk vinst med decentraliserade pumpar i ett köldbärarsystem. Leverera praktiska mätresultat från testanläggningen och visa förbättringen. Presentera en kostnadsuppskattning vid jämförelse av traditionellt och decentraliserat system. Minska köldbärarpumpens energiandel i kylsystemet från 15% till mellan 5 och 10%. Spara 12-14 MWh årligen för ett tänkt typsystem (100 kw butikskylsystem vilket totalt använder ca 200 MWh per år). Femplansdiskar av WICA-fabrikat som används i projektet. Tidplan Projektet beräknas starta under december 2008 och avslutas maj 2009. Kontakt Jörgen Rogstam, Sveriges Energi- & Kylcentrum, jorgen.rogstam@iuc-sek.se J.Rogstam, 2008 iuc-sek.se
Systemanalys av Värmepumpar i kombination med Solfångare Elisabeth Kjellsson och Björn Karlsson Lunds Tekniska Högskola Bergvärme med solfångare Testning av oglasade Solfångare för laddning av Borrhål I tidigare projekt på LTH har nyttan av solvärmesystem i kombination med bergvärmepump analyseras i detalj. Slutsatser av analysen är följande: Störst elbesparing fås i system där solfångarna ger varmvatten under sommaren och laddar borrhålet under vintern. Solvärme gör störst nytta vid underdimensionerade system. Solvärmeladdning höjer temperaturen i kalla borrhål. Ökat elbehov hos pumpar kan överstiga nyttan av återladdning. Noggrann dimensionering är viktigt! EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 38 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Värmepumpsystem i kombination med solfångare En kritisk analys av systemkombinationer med värmepumpar i kombination med solfångare skall genomföras. Elbesparingen med solvärme i olika systemtyper och systemstorlekar skall kartläggas. Jämförelse skall göras mot referenssystem utan solfångare. Rekommendationer för hur systemen skall utformas skall formuleras. När ett solvärmesystem installeras skall följande strategiska frågor alltid ställas: Vilken energiform ersätter solvärmen? Vilket ekonomiskt värde har den? Vilken miljönytta gör solvärme? Ett solvärmesystem fungerar som en teknik för att spara energi hos en basenergiteknik. Denna egenskap får stor betydelse när nyttan av solfångare i kombination med värmepump skall analyseras I vissa systemkombinationer som luft-luft värmepump och solfångare konkurrerar inte solfångaren och värmepumpen om samma last. I andra kombinationer som för de flesta vattenvärmepumpar konkurrerar värmepump och solfångare. Nyttan av solfångarens värmeproduktion skall då vägas mot värmepumpens minskade elanvändning. I vissa system som t.ex. vid återladdning av borrhål används solfångaren i första hand för att höja värmefaktorn. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 39 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Investigations of Heat Recovery in Different Refrigeration System Solutions in Supermarket Samer Sawalha and Yang Chen Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), Stockholm, Sweden Background Earlier research work done at the Energy Technology Department at KTH on supermarkets refrigeration shows that different systems have different relative COP s depending on the heat rejection temperature. As can be seen in Figure 1, the total COP plots intersect for almost all the investigated systems. COPtot [-] 7 6 5 4 3 NH3/CO2 Cascade DX R404A float Modified Centralized 2 St. Centralized CO2 Parallel, 2-St. Low and Med R404A Indirect at Med (No pump) 2 1 0 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Tamb [ºC] Figure 1: Calculated total COP of different system solutions for ambient temperatures between 10 and 40 C. The total COP in Figure 1 was calculated taking into consideration only the cooling performance of the refrigeration systems and not including the heat recovery capability. Project objectives The objective of this project is to investigate the heat recovery performance of the new refrigeration system solutions in supermarket applications. The focus is on environmentally friendly systems mainly with natural working fluids. The project will analyze the temperature levels and capacities of the rejected heat from different system solutions and investigate its matching with the heating needs in supermarkets. This project includes computer simulation modelling of different refrigeration system solutions, collecting and analyzing data from real installations and running experimental investigations of a heat pump system with CO2 as the refrigerant. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 40 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Modelling and simulation Detailed computer simulation modelling focusing on the heat recovery performance is being done for the following system solutions; R404A conventional, CO2 pump circulation, CO2 trans-critical (parallel and centralized) and Cascade (R404A/CO2 and Ammonia/CO2). The computer models are built in EES software and focus on calculating the available heat rejection capacities and at what temperature levels. Figure 2 shows an example of the differences in heat rejection capacities between different system solutions. 90 80 De-superheating capcitites 80 77 70 Heat Capacity (kw) 60 50 40 30 T in =70 34 Freezer Medium/High stage T in =70 38 T in =80 T in =200 20 19 10 T in =58 12 7 7 T in =58 T in =74 T in =74 0 R404A conventional R404A/CO2 indirect R404A/CO2 cascade Ammonia/CO2 cascade Figure 2: Heat rejection capacity (de-superheating only) and the refrigerant inlet temperature to the condenser for different system solutions. Condensing temperature is 40 C. Field tests Data will be collected from several supermarket installations with different refrigeration and heat recovery solutions. An ongoing project at Sveriges Energi- & Kylcentrum (IUC-SEK) in cooperation with KTH and several companies focuses on collecting data to study the refrigerating performance of different refrigeration system solution. The cooperation within this project will extend the data collection to include the heat recovery systems in order to study the overall performance of each system. Experimental investigations A test rig of a heat pump system working with CO2 is being built and will be used for overall system performance evaluation, components testing, mainly heat exchangers and the compressor, and to investigate the control strategy of the system. Test conditions will be determined based on the results of the computer simulation models and the field tests. Participating companies: AlfaLaval, Ahlsell, Nibe, IVT, SRM, Danfoss, Green and Cool, RANOTOR, Climacheck, ICA Sverige AB, and Huurre Sweden AB. For further information about this project, email Samer Sawalha at samer@energy.kth.se EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 41 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11
Milestone Modell för identifiering av lämplig effektivisering av energitekniska system med värmepumpar i befintligt byggnadsbestånd. Jörgen Wallin, Joachim Claesson, Björn Palm Inst. för Energiteknik, Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm jorgen.wallin@energy.kth.se Bakgrund Byggnader är komplexa energisystem. Ofta förekommer flera olika tekniska system som ska samordnas för att förse byggnaden med lämpligt klimat. Allteftersom byggnaden åldras förändras byggnadens användning och prestandan hos byggnadens tekniska system, tyvärr ofta till det sämre. Många byggnader är således i behov av upprustning, åtgärdande av utrustning som inte fungerar till dess fulla potential. Hur ska åtgärder i byggnadens energisystem väljas, så att spenderat kapital utnyttjas maximalt? Detta är inte möjligt att avgöra om inte åtgärder utvärderas utifrån dess påverkan på hela byggnaden, inte bara dess egna undersystem. De metoder och datamodeller som finns idag är i huvudsak anpassade för nya byggnader, vilket innebär ett problem eftersom systemens energiprestandaegenskaper förändras med tiden. När systemparametrar förändras minskar befintliga modellers validitet. Av denna anledning bör modeller för gamla system vara flexibla med avseende på variationen i systemutformning. Flera programvaror finns för att simulera energiflöden i olika system. Vissa av dessa är dedikerade program för beräkning av byggnader, men är inte flexibla gällande utformning av energisystem. Andra är mer generella och erbjuder då större frihet i att konstruera och modellera olika scenarier men kräver i gengäld mer av användaren och har därför inte erhållit någon vidare spridning. Projektet Milestoneprojektet avser att skapa virtuella energisystemmodeller i komplexa byggnader där energiprestanda med värmepumpar kartläggs. Projektet har två principiella nivåer, dels en detaljerad nivå, dels en förenklad nivå. EFFSYS 2 dagen 2008-11-11 Sida 42 EFFSYS 2 dagen 2008-11-11