P06 - VIDAREUTVECKLING AV VÄRMEPUMPSSYSTEM FÖR NNE-HUS

Effsys Expand Forskardagar 160518 P06 - VIDAREUTVECKLING AV VÄRMEPUMPSSYSTEM FÖR NNE-HUS Projektledare: Caroline Haglund Stignor Bitr. projektledare: Ola Gustafsson

Finansiärer och Deltagande företag Huvudfinansiär: Energimyndigheten Medfinansiärer och deltagande företag Bosh Termoteknik Danfoss värmepumpar NIBE Skanska TMF

Disposition Bakgrund Syfte och mål Genomgång av projektets olika delar Preliminära resultat och slutsatser

Bakgrund Fortsättning på effsys+ projektet Värmepumpar för Nära-Noll-Energi-småhus och - flerbostadshus (P17). 2010/31/EU (EPBD2) ställer krav på mycket låg energianvändning i alla byggnader vid en ny- eller om byggnad från 2021, men det fanns då inte produkter som var anpassade storleks- eller kostnadsmässigt Den lösning som av flera skäl visade sig mest attraktiv var en berg/markvärmepump i kombination med ett balanserat ventilationssystem med värmeåtervinning. Resultatet visade att tapprofilens utseende har stor påverkan för effektiviteten hos ett värmepumpssystem som värmer tappvarmvatten. Runt om i Europa finns ett visst antal Nära-Noll-Energi-hus, men konceptet är fortfarande i piloteller demonstrationsstadiet. I de hus som finns är värmepumpar vanliga på grund av den flexibilitet de erbjuder. SP deltar i EU-projektet NEED4B. Syftet med detta projekt är att ta fram en öppen och användbar metod för att uppnå energieffektiva byggnader två lågenergihus byggda Ekodesign- och energimärkningsförordningarna för värmepumpar från sept 2015 EN14825, EN16147 ligger till grund för prestanda redovisning

Syfte Ökade kunskaper om värmebehov och värmepumpsdrift i NNE-byggnader, innefattande: Ökade kunskaper om hur olika driftsparameterar påverkas med ett varvtalsstyrt system jämfört med ett on-off-system, för olika typer av distributionssystem, för att på så sätt ta fram underlag om hur väl energimärkningen överensstämmer med verkligheten Ökade kunskaper om hur sammankopplingen med en tank påverkar driftsparametrarna för ett värmepumpssystem, för att få underlag för hur värmepumpssystem kan utvecklas för framtidens smarta nät Ökade kunskaper om vilka tappvarmvattenprofiler och förhållande rumsvärme/tappvarmvatten värmepumpar för NNE-hus bör utvecklas och utvärderas för Ökade kunskaper om hur värmepumpssystem kan integreras med husets ventilationssystem och värmeåtervinning (FTX) och hur detta påverkar olika driftsparametrar och möjligheter till frikyla

Mål Framtagandet av minst två prototyper av värmepump för NNE-hus baserad på delresultaten från projektet, optimerad map livcykelkostnad och med en kortare återbetalningstid än den som togs fram under föregående projekt Framtagandet av en metod för prestandautvärdering i laboratorium av värmepump med samtidig rums- och tappvarmvattenvärmning som har potential att bli allmänt accepterad av både företag som säljer denna typ av produkt samt av de företag som inte gör det. Projektet bidrar till att följande av Effsys Expands effektmål uppnås Tillhandahålla systemlösningar för kyla och värme som långsiktigt bidrar till att nå EUs 2050-mål Bidra till att värmepumpar från svensk industri drar nytta av, och uppfyller kommande krav i EUs ekodesignkrav

Del 1: Utvärdering av det värmepumpsystem som togs fram under föregående projekt i SPs forskningsvilla Utvärdering av en on-off-styrd värmepump samt en tank som är installerade i SPs forskningsvilla. Utvärdering av värmepumpens framledningstemperaturer till tanken jämfört med den temperatur som systemet för ut på värmesystemet, köldbärartemperaturen under värmepumpens drift, kapacitet och effektivitet vid rumsvärmning och tappvarmvattenvärmning etc.

SP Forskningsvilla ett lågenergihus med möjligheter för forskning och innovation Byggd inom EU-projektet NEED4B 166 m2, 22 kwh/m 2 /år Balanserat ventilationssystem med FTX (men möjlig att frånluftsventilera) Bergvärmepump (4,5kW on-off, borrhål, markslinga finns) Trippla värmesystem Radiatorer Golvvärme används idag Luftvärme Familjen Granqvist Solceller, 3000 kwh/år (enl kalkyl) Förberett för solfångare, kamin och ackumulatortank Bebodd av en fiktiv familj Utrustad med ett stort antal givare (inneklimat, värmesystem, RHgivare i konstruktion mm) Foto: Deromegruppen

Borås

Analys framledningstemperatur Borås 13/3 2016 90 min, Temp ute = 2 grader Flöde vp - tank Flöde vs Temp framl. vp-tank Temp framl vs Temp retur vp-tank Temp retur vs EN14825@2 grader low temp app. 22/27 (cold cimate)

K K Framledningstemp 8,00 36 7,00 34 6,00 32 5,00 4,00 3,00 2,00 30 28 26 Tempdiff framledning Framledning vp-tank Framledning vs 1,00 24 0,00-1,00 0 100 200 300 400 500 600 700 20 6 punkter = 1 min DeltaT medel = 1,2 (under vp drift), 3,1 under hela cykeln 22

kw kwh Effekt och energilagring 8 0,9 7 6 0,8 0,7 Tankstorlek 115l 5 4 3 2 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 "Effekt" VP-tank "Effekt" VS Energilagring 1 0,1 0-1 0 0 100 200 300 400 500 600 700-0,1 6 punkter = 1 min 0,81 kwh motsvarar 6,6 graders ökning i tanken

Preliminära slutsatser Resultat indikerar att On-off värmepumpen arbetar i genomsnitt med 1-1,5K högre temperatur pga av tanken. Detta ger en effektivitetsförlust av ca 3-5%. Väger man även in att den går on/off (plus tank) så är skillnaden över 3K (effektivitetsförlust av ca 8-10%). Vi ser två smarta system (värmepump och golvvärmesystem) som inte alltid fungerar smart ihop. Framledningstemperaturen är oväntat hög jämfört med EN14825

Del 2: Utvärdering av varvtalsstyrt värmepumpsystem i systervilla till SP s forskningsvilla Utvärdering av ett varvtalsstyrt värmepumpssystem som är installerat i systervilla till SP s forskningsvilla Utvärdering av framledningstemperaturer och köldbärare mm. Ska ge ökade kunskaper om hur mycket effektiviteten kan ökas med ett varvtalsstyrt system jämfört med ett on-off-system för att på så sätt ta fram underlag om ifall eventuella extra kostnader för ett sådant system kan motiveras Ska ge ökad generell kunskap om hur köldbärartemperaturen påverkas av on-off-drift gentemot kontinuerlig varvtalsdrift. Del 1 och 2 kan ge underlag för hur väl EN14825, som ger underlag för kommande energimärkning, beskriver verklig prestanda för vp för NNE-hus

Systervillan i Varberg Byggd inom EU-projektet NEED4B 166 m2, 20 kwh/m 2 /år Balanserat ventilationssystem med FTX Bergvärmepump (6 kw, varvtalstyrd, borrhål) Borrhål 90 m (71m effektivt) Värmesystem LT-Radiatorer övre plan Golvvärme, nedre plan Solceller, 3000 kwh/år Bebodd av en verklig familj Utrustad med ett stort antal givare (inneklimat, värmesystem)

Framledning Varberg kontra 14825, 13/3 2016 Flöde vs Temp framl vs Temp retur vs EN14825@2 grader med temp app. 32/37 (cold climate) EN14825@2 grader low temp app. 32/37 (cold climate)

Köldbärartemperatur över säsong Varberg 1/11 2015 13/3 2016 DeltaT ca 4K

Köldbärare 17-18/1 jmfr med EN-14825 Min returtemp = ca 1 grader DeltaTmax = 3 grader Väldigt sällan 0/3 TEMPute = 0 till -15

Varbergsvillan oktober 2015 3 dygn 16 2500 14 2000 12 10 1500 T out 8 1000 6 4 500 2 0 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 0 30000 HP el Power Tute,avg = 8,9 C Tinne,avg = 24,0 C Qavg,heating = 908W Pel,avg = 268W

Forskningsvillan oktober 2015 1 dygn 16 2500 14 12 2000 10 8 6 1500 1000 T out HP el Power 4 2 0 2000 2050 2100 2150 2200 2250 500 0

Slutsatser Framledningstemperatur ligger mellan den för med.temp.appl. (55 vid DUT) och den för low.temp.appl (35 vid DUT) - cold climate, @2 grader Köldbärare ligger ofta betydligt högre och med mindre deltat jämfört med 0/3 som används i 14825. Två smarta system som inte funkar ihop vissa justeringar har behövts. Det är en av de viktigaste utmaningarna. Drifttagande och kontroll är viktigt!

Del 3: Sammanställning och analys av tappvarmvattenanvändning i 22 NNE-byggnader (lokaler, flerfamiljshus, småhus) inom Kontrollstation 2015 22 byggnader av lågenergi/nne-typ Småhus, flerbostadshus och lokaler representerade Ska skapa bättre underlag av hur tappvarmvattenanvändningen ser ut i förhållande till det totala uppvärmningsbehovet Jämförelse av energiåtgång till tappvarmvatten och rumsuppvärmning STATUS: Uppstart slutet 2017??

Del 4: Framtagande av förslag på provningsmetod för värmepumpar som arbetar med samtidig rums- och tappvarmvattenvärmning Ett teoretiskt förslag på provmetod och beräkningsark utarbetas Appliceras i laboratoriemätningar både på SP samt hos värmepumpsföretagen Resultaten utvärdereras och eventuella korrigeringar av metoden/beräkningsark görs Viktigt verktyg vid utprovning av nya kombinerade tekniker Kan ge underlag för framtida standardiseringsarbete STATUS: Metod färdig ska ut och testas hos vp-företagen

Del 5: Integrering av värmepumpsystem och FTX-aggregat Ett kylbatteri monteras i tilluftskanalen före FTX-aggregatet i forskningsvillan Tilluftstemperatur, värmemängd, inomhustemperatur och drivenergi utvärderas Sätts i relation till kostnadsökningen och den termiska komforten i huset, framförallt sommartid STATUS: Uppstart Q4 2016

Del 6: Utveckling av och utvärdering av nyutvecklat värmepumpsystem, baserat på resultat från projektet, i laboratorium och/eller SP s forskningsvilla Vissa av de medverkande värmepumpsföretagen tar fram prototyper eller nya modeller baserat på de tidigare stegen i projektet Samma parametrar utvärderas som i del 1 för de nyutvecklade modellerna i laboratorium och/eller forskningsvillan beroende på vad som är viktigast att verifiera. STATUS: Uppstart Q3 2016

Tack för uppmärksamheten!