18 Ingeniøren · 1. sektion · 27. maj 2011 TEMA / energI / vArMEpuMpEr Fire varmepumpeteknologier spiller op til de høje temperaturer En kombination af nye kompressortyper, restriktioner på kølemidler og øget energi bevidsthed hos virksomhederne driver udviklingen af nye og mere effektive varmepumper med udgangstemperaturer på 8090° C. vArMEpuMpETEknologI Af Sanne Wittrup sw@ing.dk Fire forskellige teknologier er for øjeblikket i spil, når vi taler om store varmepumper over 200 kW, der kan levere varme på over 80-90° C, som i dag defineres som højtemperatur. Det drejer sig om varmepumper, der som kølemiddel anvender henholdsvis CO 2, ammoniak og vand, samt hybridvarmepumpen, som bruger en blanding af vand og ammoniak. De fire typer kølemiddel betragtes i denne sammenhæng som ‘naturlige’ i modsætning til de syntetiske freonkølermidler, som er skadelige for klimaet, og som ikke kan levere ved så høje temperaturer. De fire kølemidler har forskellige egenskaber, der gør dem bedst egnede til bestemte opgaver. Derfor taler man heller ikke om en enkelt effektfaktor for hver teknologi – den afhænger nemlig helt og holdent af opgaven, forklarer seniorkonsulent Lars Reinholdt fra Teknologisk Institut. »Den teknologi, der i én sammenhæng har den bedste virkningsgrad, kan være dårligst i en anden sammenhæng. Der findes ikke én af de nævnte varmepumpeteknologier, der er bedst til det hele,« siger han. Lars Reinholdt og Teknologisk Institut er med i et stort EUDP-støttet forskningsprojekt, hvor man netop vil kortlægge, hvornår de forskellige teknologier leverer bedst – til gavn for virksomheder, der overvejer at anskaffe sig en varmepumpe til at udnytte f.eks. spildvarme af en bestemt temperatur til et bestemt formål. Ammoniak er velkendt Ammoniak som kølemiddel er den velkendte teknologi, som anvendes i stor stil i industrielle køleanlæg. Og bortset fra anlægget hos Frederikshavn Forsyning er det også udelukkende ammoniak-varmepumper, der er installeret rundt omkring i Danmark i virksomheder og på fjernvarmeværker, hvor de primært arbejder med noget lavere afgangstemperaturer. Og selv om én af de store internatio nale spillere på køleteknologi, Johnson Controls, ifølge produktchef Claus Nørgaard Poulsen stadig ser det største marked inden for industrielle varmpumper i de lavere temperaturer, så lancerer både Johnson og virksomhedens konkurrenter for øjeblikket ammoniak-varmepumper, der kan nå op på de 80- 90° C og højere. For at det kan lade sig gøre, skal ammoniakken komprimeres ved meget højt tryk – 40-50 bar – og derfor er det først og fremmest udvikling af nye og meget effektive kompressortyper som skruekompressoren, der gør dette muligt. Hvad effektiviteten angår, er ammoniak-varmepumper mest effektive, når temperaturforskellen er lille mellem mediet og den varme, som varmepumpen skal producere. Danskudviklet CO 2-koncept Varmepumper, der anvender CO 2 som kølemiddel, har været under udvikling de seneste ti år. En dansk virksomhed, Advansor, som udspringer af Teknologisk Institut, er blandt verdens førende og kan i dag levere færdige anlæg. Her udnytter man CO 2 som kølemiddel i dets såkaldt transkritiske område, hvor CO 2 har gas- og væskeegenskaber samtidig. Det kræver dog et tryk på 70-100 bar at bringe CO 2 derop, og derfor har udviklingen af denne type varmepumpe været stærkt afhængig af udviklingen af komponenter som kompressorer og ventiler, der kan klare det høje tryk. Denne udvikling er stadig i gang, og der modnes stadig nye komponenter og testes nye systemkonfigurationer. Før vArMEpuMpEn blev installeret, brugte Arla udelukkende naturgas til opvarmning og varmt vand, produceret på to store gaskedler. Udnyttelse af ’mælkevarmen’ er en god forretning for virksomheden, som sparer 30.000 kr. om måneden og reducerer sit CO 2- udslip med 60 procent. Foto: Das Büro Hos Frederikshavn Forsyning har Advansor i 2009 installeret verdens største CO 2-varmepumpe på 980 kW, der leverer 80° C varmt vand ind i fjernvarmeforsyningen. Varmepumpen har været i drift siden 2009 og kører med en effektfaktor på 3- 3,2. Advansor har også et demonstra- tionsanlæg på vej til det store solfangeranlæg i Marstal på 1,5 MW og et mindre anlæg i Brændstup. I Marstal skal varmepumpen køle på solfanger-vandlageret om vinteren og levere varme til fjernvarmenettet, fordi koldt vand giver bedre virkningsgrad for solfangerne. CO 2-processen er meget god til at klare opvarmning af et medie, som kræver et stort temperaturløft – f.eks. fra vandhanevand til vask og rengøring. Hybrid kombinerer kemi og fysik Hybridvarmepumpen med ammoniak og vand bygger på et gammeltkendt princip, hvor man kombinerer kompression- og absorptionsprocesser med vand og ammoniak som arbejdsmedium. I en hybridvarmepumpe sker der populært sagt to ting samtidig: Ammoniakken komprimeres i en almindelig kølekompressor ved bare 16-17 bar. Herefter hælder man vand i ammoniakken, og så tager kemien over og hæver temperaturen til 90° C uden at tilføre mere mekanisk energi. Processerne foregår i en slags glidende overgang, der gør teknologien velegnet til opgaver, hvor både mediets indgangs- og udgangstemperatur skifter. Teknologien, som er udviklet i Norge sidst i 1990’erne, findes i dag i drift på seks anlæg i Norge og kan prale med mere end 30.000 driftstimer. Teknologien er nærmere beskrevet på side 20. Vanddamp vinker i fremtiden At bruge vanddamp som kølemiddel har længe været et stort ønske i branchen, fordi det er ugiftigt, kan komme højt op i temperatur, og fordi man kan opnå meget høje virkningsgrader. Fordelene er, at det transkritiske punkt for vanddamp ligger på omkring 370° C, hvilket er meget højt sammenlignet med andre potentielle kølemidler. Det giver mulighed for at køre en effektiv varmepumpeproces med vanddamp, der kondenserer ved f.eks 180° C ved 11 bar eller derover og fordamper ved f.eks 100° C (1 bar), hvilket ikke er muligt med andre varmepumpeprocesser. Samtidig kan man spare varmevekslere, fordi det samme vand løber rundt i hele systemet. Når man ikke allerede har bygget sådan en varmepumpe, hænger det sammen med, at de eksisterende kompressorer ikke kan arbejde ved så lave tryk, hvorfor man er i gang med at udvikle en ny kompressor, som kan klare denne opgave. Forskningsinstitutioner som DTI i Danmark og ILK i Tyskland arbejder på varmepumpeteknologier baseret på vanddamp i samarbejde med store internationale virksomheder, og teknologien forventes at være kommercielt tilgængelig om fem-ti år. j
Is an engineer able to develop a sustainable future? There can be no answers without people who ask questions Nada Al-Marhoon dares to ask. No matter what your job is keep on daring to ask the big questions. Because that‘s what makes us the company that finds answers. Would you like to know more about your opportunities? Go to siemens.dk/job or siemens.com/jobswindpower Dare to ask. siemens.com/careers
Change language