Modul 3: Varmepumper Underviser: Claus Jacobsen

Modul 3: Varmepumper Underviser: Claus Jacobsen 1

Program og læringsmål Program: Vedvarende energi Varmepumper Solceller Solvarme Husstandsmøller Læringsmål: Redegøre for vedvarende energikilder og deres implementeringsmuligheder.

Varmepumper Varmepumpen er et kølekredsløb, som optager energien ved en lav temperatur (fx jorden eller udeluften) og afgiver energien ved en høj temperatur (husets varmeanlæg).

Varmepumper typer Luft-luft varmepumper Luft-vand varmepumper Væske-vand varmepumper (jordvarme)

Varmepumpe 3 kredse: 1. Varmekilde/varmeoptager 2. Varmepumpe 3. Varmeafgiver

1. Varmekilde/varmeoptager Varmekilden er der, hvor varmepumpen henter energien fra. Det kan være jorden (som vist), udeluften, søvand, ventilationsluft eller spildvarme. På figuren er jordslanger, hvori der cirkulerer en frostsikret væske, som opvarmes af jorden.

2. Varmepumpe Varmepumpen består grundlæggende af fire dele: Fordamper Kompressor Kondensator Ventil

Fordamper I fordamperen optager varmepumpen energi fra omgivelserne (jorden, udeluften, udsugningsluft), som får kølemidlet til at koge og fordampe (skifter fase fra væske til gas). Kølemidlet koger/fordamper ved lave temperaturer.

Kompressor Dampen presses sammen inde i kompressoren, og herved hæves trykket og temperaturen stiger. I denne proces tilføres elektricitet til kompressoren. Er en varmepumpe derfor vedvarende energi?

Kondensator I kondensatoren overføres varmen fra kølemidlet til husets varmefordelingssystem (enten i form af et vandbaseret centralvarmeanlæg eller som luftvarme, der kan blæses ind i huset som varm luft)..

Ekspansionsventil Fra kondensatoren løber kølemidlet gennem en ekspansionsventil, hvorved trykket reduceres og kølemidlets temperatur falder til fordampningstemperaturen. Herefter starter processen igen

3. Varmeafgiver: På varmeafgiver siden anvendes varmen fra varmepumpen til opvarmning af brugsvand og/eller til rumopvarmning (centralvarme eller luftvarme).

Varmepumper: Elektrificering af energiforbruget / VE Reduktion i elafgiften på ca. 52 øre/kwh Effektiv udnyttelse: COP SCOP Normeffektfaktor

Varmepumper: Hus med et årligt forbrug på 20.000 kwh Anlæg Pris/enhed Virkningsgrad Udgift Brændværdi Pris kr/kwh Gammelt Oliefyr 10,50kr/liter 78% kr 26.923 10 1,35 kr/kwh Nyt kondenserende oliefyr 10,50kr/liter 95% kr 22.105 10 1,11 kr/kwh Bedste træpilleanlæg 2,20kr/kg 85% kr 10.564 4,9 0,53 kr/kwh Gennemsnitligt træpilleanlæg 2,20kr/kg 76% kr 11.815 4,9 0,59 kr/kwh Træbriketter 2,20kr/kg 70% kr 12.828 4,9 0,64 kr/kwh Fjernvarme 0,63kr/kWh 100% kr 12.500 0,63 kr/kwh Jordvarme 1,70kr/kWh 350% kr 9.714 0,49 kr/kwh VP Luft/vand 1,70kr/kWh 300% kr 11.333 0,57 kr/kwh Brændekedel 500kr/m 3 70% kr 6.803 4,2 0,34 kr/kwh Naturgas (nyt) 7,90kr/m 3 100% kr 14.364 11 0,72 kr/kwh Naturgas (ældre) 7,90kr/m 3 82% kr 17.517 11 0,88 kr/kwh Elvarme 1,70Kr/kWh 100% kr 34.000 1,70 kr/kwh

Varmepumper: Udfordringer Dyr varmekilde (investering) - Især de mange steder, hvor huspriserne ikke kan bære denne investering eller har mulighed for at låne. Lavtemperaturanlæg - Skal passe til bygningen (klimaskærm og varmefordelingsanlæg) Installatører - Kræver stor ekspertise at dimensionere og installere varmepumper

Varmepumper Effektivitet / virkningsgrad: Forhold mellem optaget og afgivet energi i varmepumper (COP eller Coefficient Of Performance) SCOP - Seasonal Coefficient Of Performance (årsvirkningsgrad) Normeffektfaktoren (dansk årsvirkningsgrad)

Varmepumper effektivitet COP / Coefficient Of Performance COP heating = Q H = Q +W C W W = Q H Q H QC Q C = heat removed from the cold reservoir Q H = heat supplied to the hot reservoir W = work consumed by the heat pump First law of thermodynamics: Q H = Q C + W W = Q H - Q C

Varmepumper effektivitet COP or Coefficient Of Performance Den maksimale effektivitet (Carnot nyttevirkning): COP carnot = T H T H T C T C og T h er hhv. den kolde og varme temperatur. Note: Vigtigt at bruge den absolutte temperatur-skala (Kelvin) (Kelvin = Celsius + 273)

Varmepumper Se mere om Carnot-nyttevirkning http://youtu.be/e9evu-dhgk8

Varmepumper effektivitet COP carnot = T H T H T C Hvad er den teoretiske maksimale effektfaktor / COP i et jordvarmeanlæg med T c = 0 0 C og T h = 40 0 C? Hvad vil effektfaktoren være, hvis T h = 50 0 C

Varmepumper effektivitet COP carnot = T H T H T C Hvad er den teoretiske maksimale effektfaktor / COP i et jordvarmeanlæg med T c = 0 0 C og T h = 40 0 C? COP carnot = 273+40 40 = 7,8 Hvad vil effektfaktoren være, hvis T h = 50 0 C COP carnot = 273+50 50 = 6,5

Varmepumper effektivitet COP carnot = T H T H T C Tab bl.a. i forbindelse med: De to varmevekslere (fx 5% i hver veksler) Kompressoren (fx en virkningsgrad på 55% på kompressoren) Pumperne kræver elektricitet (fx reduktion i COP på 10%) etc. Men formlen viser, at: Jo lavere T h, jo højere virkningsgrad Jo højere T c, jo højere virkningsgrad

Varmepumper effektivitet COP carnot = T H T H T C Hvordan kan vi sikre bedst mulig effektivitet? Jo lavere T h, jo højere virkningsgrad Jo højere T c, jo højere virkningsgrad

Varmepumpe effektivitet Forhold mellem optaget og afgivet energi i varmepumper (COP eller Coefficient Of Performance) Kompressoren bruger el (optaget energi). I dette tilfælde 2 kw. Der afgives 7 kw. Altså er COP på 3,5

Varmepumpe effektivitet SCOP eller Seasonal Coefficient Of Performance beskriver den gennemsnitlige årseffektivitet for varmepumpen

Varmepumpe effektivitet SCOP eller Seasonal Coefficient Of Performance er inddelt i klimazoner. Danmark er i Klimazone Average / Strasbourg

Varmepumpe effektivitet Normeffektfaktor (dansk årsvirkningsgrad) Omregningsfaktor fra Normeffektfaktor til SCOP for væske/vand og luft/vand varmepumper: Jordvarme: SCOP x 0,85 = normeffektfaktoren Luft/vand: SCOP x 0,90 = normeffektfaktoren

Varmepumpe effektivitet SCOP Varmepumpelisten på www.sparenergi.dk

Varmepumpe effektivitet COP afhængig af udetemperaturen og fremløbstemperatur Temperatur varmeoptag (fra udeluften) Temperatur til varmeanlægget Ydelse Effektfaktor (COP) 0 C februar måned 55 C ved radiator 4,6 kw 2,8 10 C september måned 55 C ved radiator 6,1 kw 3,4 0 C februar måned 35 C ved gulvvarme 5,2 kw 4,3 10 C september måned 35 C ved gulvvarme 6,8 kw 5,3

Varmepumpe effektivitet Virkningsgraden afhængig af fremløbstemperatur Tommelfingerregel: En grad på fremløbstemperaturen betyder 2-3% på varmepumpens effektivitet. Er bygningen egnet til varmepumper og hvad bliver en realistisk effektivitet? Bygningens klimaskærm, isolering, vinduer og tæthed, mv Bygningens varmefordelingsanlæg, varmegiver, rør, mv

Varmepumpe Varmepumpe er bygningen egnet? I En simpel test på en kold vinterdag I Sænk fremløbstemperaturen til 45 0 C I Sæt cirkulationspumpen på højeste trin I Åben for alle radiatorer I Kan ønsket temperatur på fx 21 0 C opnås? I Anbefales udført i samråd med VVS-installatøren

Varmepumpe er bygningen egnet? Vurdering af klimaskærm Energiforbrug til opvarmning under 100 kwh/m 2 => Opmærksomhed i forhold til klimaskærmen Forbrug mellem 100 110 kwh/m 2 => Omtanke i forhold til klimaskærm! Forbrug over 110 kwh/m 2 => Risiko i forhold til klimaskærm

Varmepumpe er bygningen egnet? Vurdering af radiatorer Hvor meget varme (effekt) kan radiatorerne levere til rumopvarmning i forhold det nødvendige / dimensionerende varmetab i rummet Effekten er ved 70 / 40 / 20

Varmepumpe er bygningen egnet? Vurdering af radiatorer

Varmepumpe er bygningen egnet? Vurdering af radiatorer En familien ønsker en vurdering radiatorerne i forbindelse med udskift af oliefyr til luft-vand varmepumpe. Familien ønsker at vide, om radiatorerne er store nok til at kunne opvarme rummet med et temperatursæt, der hedder 45/35 i stedet for 70/40?

Varmepumpe er bygningen egnet? Familien bor i et hus fra 1972. Det er især i forhold til radiatorerne i et (hjørne)rum på 30 m 2, hvor der ønskes en vurdering. Der er 3 m 2 søljeradiatorer med 2 søjler. Ydervæg (tegl/tegl) med 80 mm indblæst granulat, areal 23 m 2 og u-værdi på 0,78 W/m 2 K Terrændæk opbygget som trægulv på strøer på beton m. ca. 20 cm letklinker u. Betonplader, areal 27 m 2 og u-værdi 0,34 Loftrum med 100 mm isolering, areal 30 m 2 og u-værdi på 0,38 Vinduer med 2. lag termorude, areal 8 m 2 og u-værdi på 2,8 Linietab, fundament: 11 meter og 0,65 W/mK Linietab for vinduer er indregnet i u-værdien for vinduet Ventilation: 0,3 l/s per m2.

Varmepumpe er bygningen egnet? Konstruktion Areal / længde U-værdi Δ-temp Varmetab Ydervæg 23 0,78 32 574 Loft 30 0,38 32 365 Terrændæk 27 0,34 10 92 Linietab, funadament 11 0,65 32 229 Vindue 8 2,8 32 717 Ventilation 30 x 1,21 x 32 x 0,3 348 Total varmetab 2325

Radiatorer Vurdering af radiatorer Effekt: 1.271 W/m 2 x 3 m 2 x 0,512 = 1952 W (Dimensionerende varmetab er 2.325 W)

Varmepumper Valg af varmepumpe: Jordvarme eller luft-vand varmepumpe? - Varmepumpelisten Dimensionering og installation - VP-ordningen Økonomi

Jordvarme Jordvarme udnytter den varme, der er i jordens øverste lag. Jordvarmen bliver ledt til varmepumpen gennem en lang væskefyldt slange, der er gravet ca. 1 meter ned i jorden. Fra varmepumpen overføres varmen via en varmeveksler til husets varmeinstallation (opvarmning af brugsvand og til rumopvarmning)

Luft-vand varmepumpe En luft til vand varmepumpe bruger den varme luft, der allerede er i et rum eller udendørs til at lave mere varme. I princippet fungerer den på samme måde som en jord til vand varmepumpe. Varmen udvindes blot fra luften i stedet for fra jorden.

Jordvarme eller luft-vand varmepumpe? Jordvarme: + Mere effektiv + Ingen støj + Ingen ude-del - Dyrere - Ny have Luft-vand varmepumpe + Billigere + Ikke anlægge ny have - Mindre effektiv - Risiko for støj - Placering af ude-del

Varmepumper varmepumpelisten http://sparenergi.dk/forbruger/vaerktoejer/varmepumpelisten

Varmepumper dimensionering

Varmepumper VP-ordningen

Varmepumper dimensionering Dimensionering af anlæg er MEGET vigtig Størrelsen på anlæg: må hverken være for stor (start-stop, slid, mv.) eller for lille (for meget el-patron, problemer med at varme bygning, mv.): Behovsstyret varmepumpe Buffer-kapacitet Supplerende varmekilder (fx brændeovn)

Varmepumper dimensionering

Varmepumper slanger Pas på med underdimensionering. Anlæg meter slanger: Bedre at overdimensionere (på trods af ekstra pumpe-udgifter), da det giver højere brine-temperatur. Jordslangen må aldrig laves for kort, da dette kan forårsage permanent frost i jorden (populært kaldet permafrost). Permafrost vil resultere i kolde brinetemperaturer og dermed dårligere årsvirkningsgrad på varmepumpen.

Varmepumper slanger Som tommelfingerregel kan der regnes med ca. 1,5-2 meter slange for hver m 2 opvarmet boligareal. Har man eksempelvis et hus på 150 m 2 skal man derfor regne med 225-300 meter slange. Herudover regnes med 25% ekstra længere

Varmepumper slanger Slangerne anbefales gravet ned i ca. 0,9-1,0 meter dybde og placeres med ca. 1,25 meters afstand Herudover skal jordslangerne være 0,6 m fra skel, 1,5 m fra fundamenter og 50 m fra drikkevandsboringer Jorden som anvendes skal helst være solbeskinnet og ikke under flisebelagt areal. Lodrette boringer er muligt dyrere, men også mere effektive Luft-vand varmepumpen som alternativ Husk: Jordvarme kræver godkendelse af kommune

Varmepumper luft-luft varmepumpe (støj) Lydudbredelsen er i høj grad afhængig af, om varmepumpen monteres op af en reflekterende væg, og på hvilket underlag den monteres

Varmepumper luft-luft varmepumpe (støj) http://www.ens.dk/forbrug-besparelser/byggerietsenergiforbrug/varmepumper/stojberegner

Varmepumpe Varmepumper luft-vand varmepumpe (placering) - Støj (kan dækkes ind men pas på, at der kommer nok luft) - Udedelen må ikke stilles i skure, rum, garager, loftrum, skakter eller andre steder, som kan begrænse tilførsel af frisk luft (3.000 5.000 m³ i timen) - Udedelen så tæt på bygningen som muligt (varmetab) men ellers større dimensioner på rør og cirkulationspumpe.

Varmepumpe Varmepumper og økonomi: En familie overvejer at skifte det ældre oliefyr med en ny Luft-vand varmepumpe med en årsvirkningsgrad på 3,0 Det nuværende olieforbrug er 3.000 liter og der regnes med en virkningsgrad på det nuværende varmeanlæg på 70%. Olieprisen er 8 kr pr. liter Brændværdi i olie er 10 kwh pr liter Elprisen er 1,70 kr pr. kwh (efter reduktion i elafgiften) Investeringen er 90.000 kr.

Varmepumpe Varmepumper og økonomi: Husets behov for varme + varmt brugsvand: Energi i olie: 3.000 liter x 10 kwh/l = 30.000 kwh Energi tilført huset: 30.000 kwh x 70% = 21.000 kwh Tilført el (VP): 21.000 kwh / 3,0 = 7.000 kwh Udgifter: Før: 3.000 l x 8 kr/l = 24.000 kr Efter: 7.000 kwh x 1,70 kr/kwh = 11.900 kr Besparelse: 24.000 kr 11.900 kr = 12.100 kr

600000 500000 400000 300000 Varmepumpe Oliefyr 200000 100000 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Varmepumper og økonomi: Luft-vand varmepumpe med en årsvirkningsgrad på 3,0 Er denne virkningsgrad realistisk skal den være højere, lavere??? I vurderingen af virkningsgraden var der regnet med en fremløbstemperatur på 45 grader. Nu viser det sig, at temperaturen i stedet skal være 52 grader. Det betyder at virkningsgraden ikke er 3,0 men i stedet er 2,7. Hvordan ser økonomien nu ud?

Varmepumper og økonomi: Vurdering af det økonomiske regnestykke: - Andre omkostninger, fx eftersyn af VP, skorstensfejer, mv. - Vedligeholdelsesomkostninger på de to løsninger - Prisudvikling/inflation på elektricitet og olie - Lån / renter - Påvirkning af husets værdi / salgspriser - Osv...

OPGAVE 1 Familien Svendsen består af 4 personer. De bor i et parcelhus på 165 m 2. De har for ca. 10 år siden fået energioptimeret deres bolig med ekstra isolering på loftet og nye vinduer. Der er desuden lavet gulvvarme i store dele af villaen. Deres hus bliver i dag opvarmet med et ældre oliefyr, som de ønsker at få udskiftet til jordvarme. Hvad vil familien Svendsens årlige besparelse være ved at konvertere til jordvarme? Hvad er tilbagebetalingstiden? Hvad er økonomien over tid (lav visuel formidling fx graf i excel).

Forudsætninger (OPGAVE 1): I Oliefyret har en virkningsgrad på 80 % I Det årlige olieforbruge er på 2.750 liter olie om året I Der er udgifter til skorstensfejer, service og vedligeholdelse på 2.000 kr./år I Udgifterne til el (pumpe og brænder) er på 750 kwh/år I Energipriserne - olie 10 kr/l og el 2,20 kr./kwh. Når der konverteres til opvarmning med el, gives der rabat på elafgiften, hvilket betyder at elprisen nedsættes med ca. 50 øre/kwh. I Jordvarmeanlægget er på ca. 10 kw og har en vurderet årsvirkningsgrad på 3,5 i det konkrete hus I Serviceudgifter til varmepumpen er på 1.500 kr./år I Investeringen er i alt på 150.000 kr

OPGAVE 2 En familie har netop købt/overtaget en større landejendom fra 1965. Ejendommen opvarmes af en ældre kedel til træpille. Denne trænger til udskiftning og familien ønsker at konvertere til en varmepumpe, da de ikke har lyst til besværet med træpillerne. Ejendommen har fået foretaget enkelte forbedringer, men står som udgangspunkt oprindeligt i forhold til isolering, tæthed og vinduer. Der er radiatorer i hele huset om end radiatorerne er store. Har det betydning i valget af løsning? Hvordan vil I råde familien på baggrund af ovenstående informationer?

OPGAVE 2 En familie har netop købt/overtaget en større landejendom fra 1965. Familien følger jeres gode rådgivning om at optimere klimaskærmen inden konvertering til VP. Efter energirenoveringen beregnes et årligt forbrug (husets behov) til varme og varmt brugsvand på 32.000 kwh. Hvordan ser økonomien ud for hhv. den eksisterende kedel og den nye varmepumpe?

OPGAVE 2 forudsætninger Husets behov til varme og varmt brugsvand er 32.000 kwh Virkningsgraden på varmepumpen (efter renovering) er 3,2 Virkningsgraden på eksisterende kedel er 65% Prisen på el er 1,70 kr (ved reduktion i elafgift) og prisen på træpiller er 2,1 kr pr. kg. Brændværdien i træpiller er 4,9 kwh/kg Øvrige omkostninger til hhv. VP og kedel er de samme 1.500 kr/år. Investeringen er 120.000 kr. Hvordan ser økonomien ud?