varmepumper Vurdering og valg af den optimale løsning Emil Jacobsen, Teknologisk Institut

Transkript

1 varmepumper Vurdering og valg af den optimale løsning Emil Jacobsen, Teknologisk Institut

2 Indhold Varmepumpens virkemåde Mærkning af varmepumper / SCOP Typer af varmepumper / fordele og ulemper Installationseksempler Hvornår og hvordan? Støj Økonomi Tendenser Erfaringer fra måleprogram Energipolitik, klimamål, og udfordringer

3 Varmepumpens virkemåde Virker i princip som et alm. køleskab ved at flytte varme En kredsproces 1. Energikilde (jord, bjerg, eller luft) 2. Fordampning af kølemiddel (henter varme ved lav temperatur) 3. Kompression af kølemiddel (opvarmning) 4. Kondensering af kølemiddel (afleverer varme ved høj temperatur) 5. Ekspansion af kølemiddel (Starter forfra) Varmetransporten kræver elenergi, men

4 Nøglebegreber Varmekilde: Der hvor varmepumpen henter sin varme (kold side) Varmeoptager: Den komponent, der henter varmen fra varmekilden (eksempelvis jordslangen) Varmedræn: Der hvor varmepumpen afleverer sin varme (varm side). Varmeafgiver: Den komponent, der afgiver varmen til varmedrænet (eksempelvis radiatorsystemet) Ydelse: Anlæggets varmeydelse i en given driftstilstand (kw) Effektfaktor: Varmepumpens effektivitet (COP) ved en given driftstilstand (afgivet effekt/tilført effekt) SCOP: Anlægget energimæssige effektivitet (afgivet energi/tilført energi) set over et år

5 SCOP værdi Indikerer hvor effektivt en varmepumpe kan flytte varme Tager udgangspunkt i de faktiske klimatiske forhold i DK SCOP = 3 betyder at varmepumpen flytter 3 gange så meget energi som den bruger Eksempel SCOP = Produceret varme [kwh] = kWh = 3 Forbrugt el energi [kwh] kwh Jo højere SCOP, desto højere effektivitet. SCOP falder ved stigende fremløbstemperaturer, ca. 1-3 % pr. grad K

6 Energimærkning Energimærkning på tværs af opvarmningsformer A+++ SCOP > 3,75 A++ 3,13 SCOP < 3,75 A+ 2,45 SCOP < 3,13 A 2,25 SCOP < 2,45 B 2,05 SCOP < 2,25 C 1,88 SCOP < 2,05 D 0,93 SCOP < 1,88 E 0,85 SCOP < 0,93 F 0,75 SCOP < 0,85 G SCOP < 0,75 ηs > 150 % 125 % ηs < 150 % 98 % ηs < 125 % 90 % ηs < 98 % 82 % ηs < 90 % 75 % ηs < 82 % 37 % ηs < 75 % 34 % ηs < 37 % 30 % ηs < 34 % ηs < 30%

7 Typer af varmepumper Luft/luft - henter energi fra udeluft og afgiver denne til indeluften (enten direkte eller via ventilationssystem) Luft/vand - henter energi fra udeluft og afgiver denne til vandbårent afgiversystem Væske/vand (jordvarme) - henter fra energi fra jordslange, energiabsorber, klippegrund eller grundvand og afgiver denne til et vandbårent varmeafgiversystem Boligventilationsvarmepumpe (aktiv VGV) henter energi fra afkastluft og afgiver denne til enten ventilationsluft, brugsvand, eller begge dele

8 Typer af varmepumper

9 Vigtigt vedr. luft/luft varmepumpen Består typisk af en udedel og én indedel, og kan derfor ikke fordele varme i større bygninger. Dækker derfor typisk 60 % af varmebehovet i lidt større bygninger. Anvendes derfor typisk til sommerhuse eller som varmesupplement. Kan ikke lave brugsvand. Temperaturfald fra rum til rum

10 Ny type varmepumpe Hybridvarmepumpe 1) Et anlæg med både luft/vand varmepumpe og gasfyr der indbyrdes samarbejder 2) En speciel luft/vand varmepumpe drevet af en gasfyret termisk kredsproces (absorption eller adsorption)

11 Hvor grøn er en varmepumpe?

12 Dimensionering af varmepumper Den nødvendige ydelse bestemmes ud fra enten: 1. Kendt varmetab (varmetabsberegning) 2. Kendt forbrug af brændsel (korrigeret for graddage) 3. Kvalificeret estimat (empirisk database) Korrekt dimensionering er vigtig for: Komfort, tilstrækkeligt med varme og varmt vand (underdimensionering) Sæsoneffektivitet realiseret SCOP Levetid af kompressor (overdimensionering)

13 Regulering af varme Regulerer varme vha. fremløbstemperatur og/eller start-stop start-stop regulering Frekvens-regulering

14 Varmepumperegulering af varme Frekvensregulering Fordele: Dimensionering af ydelse mindre kritisk, mindre slitage og længere levetid, højere effektivitet, mindre afrimning (luft/vand). Ulemper: Dyrere i indkøb. Start-stop regulering Fordele: Billigere i indkøb. Ulemper: lavere effektivitet, mere slitage og kortere levetid, større temperaturudsving, osv.

15 Installationseksempler Væske/vand og luft/vand VP fylder som et større køleskab Luft/vand eller luft/luft udedel kan skjules pænt, men må ikke kvæles

16 Praktisk installation af væske/vand varmepumpe

17 Installationseksempler - Større anlægsopbygninger Fælles jordslange eller boring og individuelle varmepumper Fælles varmecentral med individuel varmeafregning Afgiftsreduktion til samtlige varmeaftagere/boliger

18 Hvornår er en varmepumpe en god idé? Varmepumper oplagt når: Velisoleret hus Lav fremløbstemperatur (gulvvarme) Større forbrug end ca kwh (Dyrt at spare, hvis man intet forbrug har) Vær særlig påpasselig når: Et-strengs radiatorsystem Varmeforbruget er meget lavt Varmeforbruget ikke kendes Et-strengs system 2-strengs system

19 Hvornår kan det gå galt? Forkert dimensionering Utilstrækkelig (for lille) varmeafgiver For lille flow i varmeafgiver Gør-det-selv Installatør uden erfaring Et-strengs radiatoranlæg For høje og urealistiske forventninger Billede fra

20

21 Ting man bør huske Efterisolér altid først! Se Støjforhold (l/l og l/v), fredning, tilslutningspligt til fjernvarme, drikkevandsboringer i nærheden (v/v)? Kontrollér varmeanlægget (lavere effektafgivelse ved lave temperaturer) Fra 70/40-20 til 45/35-20: Faktor 1,95 Dimensioneringen skal være korrekt! Udgangspunktet er meget vigtigt, benyt: Nuværende energiforbrug Oplysninger om huset Energiberegninger Bedste SCOP ved lav fremløbstemperatur!

22 Støj fra varmepumper Typisk ikke et problem, men man skal dog tænke sig om. Støj fra udedel typisk db(a) Støjgrænse ved naboskæl på 35 db Energistyrelsens støjberegner Et hjælpeværktøj

23 Valg af varmepumpe

24 Varmepumper ift. fjernvarme Varmepumpe Fordele: høj effektivitet, god totaløkonomi, driftssikkerhed Ulemper: dyr installation, kræver lidt mere plads, drift meget afhængig af korrekt installation Fjernvarme Fordele: meget billig installation, simpelt anlæg og vedligehold, driftssikkerhed Ulemper: Usikkerhed omkring forsyningssikkerhedsafgift (3500 kr./år) og ændrede priser. Høje faste afgifter Fjernvarmeforsyning P ostnr. P ris pr. MWh Forbrugerpris inkl. Moms (2013) S ta nda rd e nfa milie hus å rligt forbrug 18,1 MWh Mariager Fjernvarmeværk Amba Rønne Varme A/S Åkirkeby/Nylars og Lobbæk Fjernvarmeværk Hasle Ledningsnet Klemensker Halmvarmeværk Balka/Snogebæk Ledningsnet Neksø Halmvarmeværk Gørløse Fjernvarme A.m.b.a

25 Driftsøkonomi Enhed Alternativ 1 Alternativ 2 Alternativ 3 Alternativ 4 Alternativ 5 Alternativ 6 Varmesystem Oliefyr Fjernvarme v/v VP m. l/v VP m. v/v VP m. l/v VP m. gulvvarme gulvvarme radiatorvarme radiatorvarme Energiinput Olie Termisk El El El El Netto varmebehov [kwh/år] Anlægsudgifter m. m. Pris for færdig installation [kr] Levetid, effektivitet, energipriser mv. Forventet levetid [år] Effektivitet [%] Energipris [kr/kwh] 1,15 0,72 1,55 1,55 1,55 1,55 Elpris [kr/kwh] 2,07 2, Driftsudgifter Energiforbrug [kwh/år] Hjælpeenergi (cirk. pumpe og styring) [kwh/år] Afgifter (fjernvarme) [kr/år] Energiomkostning [kr/år] Vedligeholelsesudgifter Service og vedligehold [kr/år] Samlede årlige omkostninger [kr/år] Levetidsomkostning [kr] Indeks [-] 1,00 0,80 0,68 0,65 0,73 0,71 Forudsætninger: 100 m 2, elforbrug 4000 kwh, og varmeforbrug kwh, fjernvarmepriser Balka

26 Tendenser Fjernstyring / overvågning apps. Bedre effektivitet Bedre tilpasning og styring i forhold til husets behov Hybrid-varmepumper med f.eks gas, olie eller solvarme Større fælles løsninger eller leasing af anlæg Luft/vand VP vinder frem Frekvensregulering

27 Erfaringer fra feltmålinger i DK Målinger på 170 varmepumpeanlæg Måleperiode okt. 10 okt. 12

28 Erfaringer fra feltmålinger i DK VP holder hvad de lover - gennemsnitligt set Meget stor spredning på resultaterne for SCOP på den enkelte installation

29 Energipolitiske mål i EU og Danmark Europæisk målsætning for i 2020 Reduktion af drivhusgasser med 20 % Forøgelse af vedvarende energi med 20 % Reduktion af energiforbrug med 20 % Danske målsætninger 50 % af elforbruget dækkes af vind i 2020 Udfasning af kul og olie i % Vedvarende energi i el og varme % Vedvarende energi i 2050

30 Status på klimamål i EU og DK Godt på vej, men energiforbruget er stadig for højt. Politiske tiltag: 2013 Stop for installation af oliefyr og naturgasfyr i nye bygninger 2016 Stop for installation af oliefyr i eksisterende bygninger der ligger i naturgas- eller FjV-områder. Afsat pulje på 42 mio. til rådgivning af boligejere, demonstrationsprojekter og efteruddannelse af VE installatører Pr. 1/ afgiftsreduktion på 52,6 øre/kwh for el-opvarmede boliger med forbrug over 4000 kwh

31 Smart-Grid Det intelligente el-net Varmepumper spås at udgøre et væsentlig del af regulérkraften i fremtidens el-net med en stor andel af vindkraft (50%) Flere varmepumpefabrikater er allerede nu forberedte på styring efter fleksible elpriser.

32 Hvordan finder man den rigtige varmepumpe?

33 Hvornår er det oplagt og rentabelt at konvertere fra traditionel opvarmning til varmepumpe? Hvis man har et ældre olie eller gasfyr og står i en udskiftningssituation. Har man et nyt fyr og ikke står i en udskiftningssituation er tilbagebetalingstiden ofte for lang. Det er bedre at vente. Hvis man har elvarme er det næsten altid rentabelt, rentabiliteten er dog afhængig af forbruget. Varmepumpe: 1 kwh varme med varmepumpe = 1 / virkningsgrad = 1/3,5 = 0,285 kwhel/kwhvarme 1 kwh el = 2 kr. => 1 kwh varme = 0,57 kr. Årsnyttevirkningsgrader: Luft/luft: 2,8 3,4 (men HUSK at den kun dækker en mindre del af husets samlede varmebehov): For gode varmepumper er COP ved 7 C 3,5 til 5,0 ved 100% til 50% dellast. Ved 2 C 2,5-3,5 (100% til 50%). Ved -7 C 2,0 til 2,5. Luft/vand: 2,8 3,5 Væske/vand (jordvarme): 3,2 4 (de bedste anlæg er behovsstyrede ) COP 0/35: ca. 4,3 og ved 0/50 : 3,2 God energirådgivning - Varmepumper 33

34 Generelt er det som at have et køleskab - det kører bare Ved anlæg med jordslanger er der krav om årlig tæthedsprøvning af jordslangen Er kølemiddel fyldningen større end 1 kg skal der foretages et årligt eftersyn af kølekredsen. Er fyldningen større end 2,5 kg skal eftersynet foretages af et autoriseret kølefirma. Man skal vænne sig til at radiatorer ikke er brændvarme som ved oliefyr. Man kører typisk med en brugsvandstemperatur på omkring 50 C Hvad kræver varmepumpen? God energirådgivning - Varmepumper 34

35 Kilde: DanskEnergi Den lille blå om varmepumper Anlægspriser pr. kw varmeydelse God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 35

36 Case 1: afkastluft varmepumpe fra IKM A/S God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 36

37 Afkastluft varmepumpe til undervisningslokale God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 37

38 Friskluft riste i facade God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 38

39 Integrerede ydervægsriste God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 39

40 IKM Model VL 1500 God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 40

41 Case 3: Energimidt større energisystem med varmepumper God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 41

42 EnergiMidt PI-diagram God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 42

43 EnergiMidt maskinrum God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 43

44 Opgave 1 Beregning af COP for en varmepumpe Givet: En varmepumpes COP, coefficient of performance, angiver forholdet mellem produceret varme og forbrugt el. Jo højere COP desto større varmeproduktion ved den samme mængde el. COP beregnes eller måles f.eks via: COP VP = Q varme W el = m C p T P VP = Spørgsmål: En varmepumpe skal producere kwh varme og har en COP på 3. Hvor meget el vil den bruge til dette? Hjælp: COP VP = Q varme W el W el = Q varme COP VP

45 Lovgivning Krav til varmepumpen Bygningsreglementet BR10 sektion stk. 4 Væske/vand varmepumper (jordvarme) m. gulvvarme skal anlæg mindst have en normeffektfaktor jf. Energistyrelsens energimærkningsordning svarende til: Størrelse Normeffektfaktor 0 3 kw 3, kw 3,6 > 6 kw 3,7 NB! Også krav i BR10 til normeffektfaktor på luft/vand varmepumper mv. (Sektion stk. 5-8). Normeffektfaktor for varmepumper findes på energistyrelsens liste over energimærkede varmepumper: NB! Listen opdateres ikke længere pr. 1/ for nye varmepumper, som ikke er på listen, henvises der til Normeffektfaktor-beregneren :

46 Lovgivning Krav til installation (1) Energistyrelsen - Bekendtgørelse om tilslutning m.v. til kollektive varmeforsyningsanlæg Kapitel 2 2. Kommunalbestyrelsen kan pålægge ny og eksisterende bebyggelse tilslutnings- og forblivelsespligt til et kollektivt varmeforsyningsanlæg. Arbejdstilsynet Bekendtgørelse om anvendelse af trykbærende udstyr Afsnit 4 bilag 7.: Anlæg med en fyldning over 1 kg skal efterses af en person med den fornødne instruktion og øvelse mindst 1 gang årligt Er fyldningen over 2,5 kg, da af en certificeret kølemontør. EU-Kommissionens Forordning (EF) nr. 303/2008 Forbyder ikke-autoriseret personale at installere varmepumper, hvor der skal foretages indgreb i kølemiddelsystemet Vær specielt opmærksom på dette ved installation luft/luft

47 Lovgivning Krav til installation (2) Miljøministeriet Bekendtgørelse om jordvarmeanlæg Kommunes tekniske forvaltning skal godkende slangeudlægning, konstruktion, og materialer. Ydermere skal anlægget færdigmeldes mhp. registrering i BBR. Fredning, lokalplan, eller servitutter Er der særlige forhold ved ejendommen eller grunden der umuliggør installation af en varmepumpe?

48 Opgave 2 - Fremløbstemperaturens indflydelse på energiforbruget Givet: stk. installerede varmepumper i Danmark - 75% kører med 4 K for høj fremløbstemperatur - Forhøjet energiforbrug = 3,37%/K - Gennemsnitligt energiforbrug pr. VP = 8000 kwh/år Spørgsmål: - Hvad er det årlige ekstra energiforbrug på varmepumper i Danmark? Hjælp: - Hvor mange varmepumper drejer det sig om? - Hvor mange procent stiger energiforbruget på én varmepumpe? - Hvad svarer denne %-vise stigning til i kwh på den enkelte varmepumpe?

49 Opgave 2 - Fremløbstemperaturens indflydelse på energiforbruget Resultat: Årligt ekstra energiforbrug = kwh = MWh = 80,9 GWh = 1,76 * Middelgrundens elproduktion i 2011

50 For hver C temperaturen stiger på den varme side, stiger energiforbruget ml. 2-4 % For hver C temperaturen stiger på den kolde side, falder energiforbruget ml. 1-3 % Nødvendigt jordslangeareal til jordvarmepumper = (E rumvarme + varmt vand [kwh] 2/3) / (40 kwh/m 2 ) Jordvarmepumper = 2 x pris af luft/vand varmepumper og 4 x pris af luft/luft varmepumper Jordslange ca kr./m nedgravet (eks. materialer) Tommelfingerregler God energirådgivning Større bygninger Varmepumper 50

51 Mere info Den lille blå om varmepumper Hentes på: s Diagram for valg af varmepumper s Lodrette jordslanger s Beregningseksempel på boligventilationsvarmepumpe s Priser pr. kw varmeeffekt s gode råd om varmepumper s Lovgivning og bestemmelser vedr. varmepumper

52 Tak for jeres opmærksomhed