Bjarke Paaske, Teknologisk - Aalborg Universitet
Bjarke Paaske, Teknologisk - Aalborg Universitet
Bjarke Paaske, Teknologisk - Aalborg Universitet
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Små og store varmepumper<br />
n <strong>Bjarke</strong> <strong>Paaske</strong><br />
n <strong>Teknologisk</strong> Institut<br />
n Telefon: +45 7220 2037<br />
n E-mail: bjarke.paaske@teknologisk.dk
Rene stoffers tre tilstandsformer (faser)<br />
Fast stof (solid)<br />
Eksempel: is ved H 2 0<br />
Væske (liquid)<br />
Eksempel: vand ved H 2 0<br />
Damp (gas)<br />
Eksempel: vanddamp ved H 2 0
Begreber omkring faseskift
Eksperiment med fordampning af kølemiddel<br />
Fuld åben ventil<br />
Ved atmosfæretryk<br />
koger vand ved 100° C<br />
Delvis åben ventil<br />
Ved 2,7 atm. overtryk<br />
koger vand ved 141° C<br />
Kogepunktet afhænger af trykket
Varmepumper<br />
Grundprincippet, kølemidler, energi og temperaturer<br />
n Væsketemperatur: +32°C<br />
n Kølemiddel: R134a, R407C,<br />
R410A..<br />
n Indetemperatur: +20°C<br />
n Udetemperatur: +7°C<br />
n Kondenseringstemperatur: +35°C<br />
n Fordampningstemperatur: -5°C<br />
n Trykgastemperatur: +75°C<br />
n Sugegastemperatur: +3°C
Varmepumper er vedvarende energi!<br />
Flere anlægstyper:<br />
• Luft/luft – henter energi fra udeluft eller afkastluft og afgiver<br />
denne til indeluften (enten direkte eller via ventilationssystem)<br />
• Luft/vand - henter energi fra udeluft eller afkastluft og afgiver<br />
denne til vandbårent afgiversystem<br />
• Væske/vand (vand/vand) – henter fra energi fra jordslange,<br />
energiabsorber eller grundvand og afgiver denne til vandbårent<br />
afgiversystem<br />
Fælles for alle er at der skal drivenergi til at drive anlægget –<br />
normalt el.
Luft/Luft varmepumpen:<br />
Typisk en splitunit med én udedel og én eller flere indedele (reversibel).<br />
Importeres i stort styktal fra Kina og andre asiatiske lande<br />
© Copyright VarmePumpeOrdningen 2009
Luft/vand varmepumpen:<br />
Typisk opstillet udendørs<br />
Dækker typisk 90-100% af husets samlede varmebehov inkl. varmt brugsvand<br />
Der findes flere tyske og svenske produkter<br />
Ikke særlig udbredt i DK – men markedet er stigende<br />
© Copyright VarmePumpeOrdningen 2009
Varmeoptagere til væske/vand varmepumpe<br />
Installationsprincip for væske-vand-varmepumpe. Fra Nibe-brochure<br />
© Copyright VarmePumpeOrdningen 2009
De små varmepumper – individuel opvarmning<br />
Der sælges ca. 10-15.000 anlæg pr. år i DK<br />
I Norge sælges mere end 50.000 anlæg årligt (hovedsageligt<br />
luft/luft)<br />
I Sverige sælges ca. 60.000 anlæg årligt (hovedsageligt ”jordvarme”)<br />
Solid dansk branche med mange ”brands” (eks. Genvex og Nilan)<br />
Stort fokus i EU og efterhånden også nationalt<br />
Kyoto protokol (CO 2 emission)<br />
Nyt bygningsreglement – giver varmepumperne helt nye muligheder
Politik<br />
Energipolitikken indeholder nu ordet ”varmepumper”<br />
”Der synes, at være et stort potentiale i en øget udviklingsindsats<br />
indenfor investeringslette varmepumpesystemer. Som følge af<br />
synergieffekter mellem forbedringer i klimaskærmen og<br />
installationen af varmepumpesystemer kunne det være<br />
hensigtsmæssig at integrere rådgivning om<br />
varmepumpesystemer med energispareindsatsen” – kilde:<br />
Energistyrelsen, Perspektiver for den danske varmeforsyning<br />
frem mod 2025, juni 2005
TJ<br />
Production of renewable energy in DK<br />
Lidt energistatistik<br />
25000<br />
20000<br />
15000<br />
10000<br />
5000<br />
0<br />
1978 1983 1988 1993 1998 2003<br />
Year<br />
Wind power<br />
Heat pumps<br />
Danish Energy Agency - 2004<br />
Solar heat
El-drevne varmepumper: hvad er det man kan i dag?<br />
CO 2 er ”genopfundet” som kølemiddel i mekaniske kølesystemer<br />
⇒ Mulighed for at kombinere høj temperatur med høj effektivitet<br />
⇒ Naturligt og miljøneutralt kølemiddel (ingen afgifter og udfasningsplaner)<br />
⇒ Meget høj specifik varmekapacitet – ”små” systemer<br />
Teknologien er bl.a. udbredt i supermarkedskøleanlæg, industrielle køleanlæg<br />
(lavtemperaturfrysning) og små varmepumper (i f.eks. Japan)
Ekspansion – trykket sænkes<br />
Væske Væske + gas Gas<br />
Varmeafgivelse – kølemidlet kondenserer<br />
Varmeoptag – kølemidlet fordamper<br />
Køle effekt<br />
Varme effekt<br />
Kompressor<br />
effekt<br />
Kompressor øger trykket
Udnyttelse af varme med kondenserende kølemiddel
Kritisk punkt 31°C<br />
Varmeafgivelse – temperaturen falder gradvist<br />
Væske Væske + gas Gas<br />
Transkritisk gas
Temperature [°C]<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
Udnyttelse af varme med CO 2<br />
CO 2 120 bar 140/35°C media 30 °C<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100<br />
UA [%]<br />
t_media [°C]<br />
t_CO2 [°C]
Varmepumper i kraftvarmesystemer<br />
Varmeoptag fra<br />
omgivelser<br />
Varmepumpe<br />
Varmeoptag fra<br />
maskinrum<br />
Fordamper<br />
PC<br />
Kompressor<br />
Højtryksventil<br />
Gas cooler<br />
Intern veksler<br />
Varmeoptag<br />
fra røggas<br />
El-drevet varmepumpe<br />
med CO 2 som kølemiddel
Produktet er udviklet<br />
2003-2006 gennemførtes EFP projekt, hvor verdens første CO 2 varmepumpe til<br />
decentrale kraftvarmeanlæg blev udviklet.<br />
Kravspecifikation:<br />
• Høj afgangstemperatur > 80°C<br />
• Høj effektivitet > 3,5<br />
• Ydelse ca. 1,5 MW til en 4 MW gasmotor<br />
• Mulighed for anvendelse af ”gratis” varme som varmekilde f.eks. Røggassen<br />
fra gasmotor.<br />
• Økonomi – skal naturligvis kunne svare sig for værket.<br />
• Eldrevet – eller direkte drevet?
COP [-]<br />
Luft<br />
4,00<br />
3,80<br />
3,60<br />
3,40<br />
3,20<br />
3,00<br />
2,80<br />
2,60<br />
2,40<br />
2,20<br />
2,00<br />
50,00<br />
5,00 10,00 15,00 20,00<br />
Jordvarme+sø/hav<br />
Varmeydelse målt<br />
COP målt<br />
Fordampertemperatur [°C]<br />
Varmeydelse ber.<br />
COP beregnet<br />
Højtemperatur-kilder<br />
60,00<br />
59,00<br />
58,00<br />
57,00<br />
56,00<br />
55,00<br />
54,00<br />
53,00<br />
52,00<br />
51,00<br />
Kapacitet/ effektoptag [kW]
Konklusioner – EFP projekt<br />
Afgangstemperaturer omkring 85°C<br />
Ca. 3,8 i virkningsgrad.<br />
Varmekilde – røggas eller andre ”højtemperatur” kilder skal<br />
anvendes.<br />
I modsætning til traditionelle systemer kan CO 2 varmepumpen indgå<br />
direkte i systemet.<br />
Økonomi for værker OK, men desværre er det nødvendigt at tage<br />
højde for gældende afgiftsregler
Barriere<br />
n Få udbydere på markedet – og relativt få komponenter tilgængelige<br />
n Afgifter?<br />
n Energipriser – el og gas<br />
n Konkurrence fra andre alternative systemer – termisk drevne varmepumper,<br />
kraftvarme baseret på biobrændstoffer.<br />
n Varmekilde – røggassen fra gasmotor -> kedeldrift ikke mulig<br />
<strong>Teknologisk</strong> Institut gennemfører i øjeblikket PSO projekt, hvor teknologien skal<br />
implementeres i 2-3 kraftvarmeværker i DK.<br />
Projekt med deltagelse af Foreningen Danske Kraftvarmeværker, Dansk<br />
Fjernvarme, Brancheforeningen for Decentral Kraftvarme, <strong>Aalborg</strong> <strong>Universitet</strong>,<br />
Naturgas Midt Nord, Advansor Energisystemer og Energi- og Miljødata.
Change language