En undersökning av prestandan på en ny typ av värmepumpssystem för enfamiljshus

22  Download (0)

Full text

(1)

En undersökning av prestandan på en ny typ av värmepumpssystem för enfamiljshus (Performance investigation of a novel heat

pump solution for existing single family houses)

Paulina Gürsac & Christofer Kronström

Kandidatexamensarbete

KTH – Skolan för Industriell Teknik och Management Energiteknik EGI-2019

TRITA-ITM-EX 2019:327 SE-100 44 STOCKHOLM

(2)

Bachelor of Science Thesis EGI-2019 TRITA-ITM-EX 2019:327

Performance investigation of a novel heat pump solution for existing single family houses

Paulina Gürsac Christofer Kronström

Approved Examiner

Joachim Claesson

Supervisor

Joachim Claesson

Commissioner Contact person

(3)

Abstract

Solar energy is stored in nature which can be used in heat pumps. The energy extracted by a heatpump from heat is high compared to the electrical energy required to run it, thus it is a clever choice and also good from an environmental point of view. Different types of heat pumps extract energy from different elements of nature. In this report the main focus will be on an air-to-water heat pump that heats the house by utilizing both the outdoor air and the air being ventilated from inside the house that has al- ready been heated. The system that has been examined is called BAS and consists of a heat pump, an exhaust-and-supply-air-ventilation-with-heat-recovery (FTX) and two subcoolers. The main purpose of this investigation is to find the best configuration of the subcoolers that provides the best coefficient of performance (COP).

Measurements were made at three outdoor temperatures with three different temperatures of the wa- ter in the house’s radiator system. Additionally, each temperature combination will be measured with the subcoolers turned on or off individually. The useful heat supplied by BAS can be calculated from the measurement data and the coefficient of performance can be computed.

The results from the experiments yielded a COP that ranged from 2,0 to 3,5 which are low values compared to similar experiments made on other heat pumps. A leakage in the FTX-construction was discovered during the experiments. Furthermore the heat pump was suspected to be defective based on the results. This may be the cause for the low COP values. The best configuration for the subcoolers were either subcooler 1 or a combination of both subcoolers. Due to uncertainties in the measurements it couldn’t be decided which of the aforementioned configurations that were optimal. The conclusion is that one must reach a sufficiently low outdoor temperature in order for subcooler 2 to function effectively for the construction BAS.

(4)

Sammanfattning

Solens energi lagras i naturen och denna energi kan utnyttjas i värmepumpar. Värmepumpar är ett bra alternativ då värmeenergin som utvinns är hög i förhållande till den elenergi som krävs och är dessutom bra ur miljösynpunkt. Det finns flera varianter av värmepumpar som utvinner värme ur naturens olika element. Rapporten fokuserar på en luft-vattenvärmepump som utnyttjar både utomhusluften och den redan uppvärmda luften från huset för att värma upp husets värmesystem. Detta system kallas för BAS och består av en värmepump, en ventilationsvärmeåtervinningsvärmeväxlare (FTX) samt två underkylare (UK). Syftet är att hitta den konfiguration av underkylarna som ger bäst värmefaktor.

Mätningar utfördes vid tre utomhustemperaturer och för tre olika temperaturer på vattnet i husets radiatorsystem. Dessutom gjordes dessa mätningar för de två underkylarna individuellt in- eller urkopp- lade. Med dessa mätdata kunde värmeenergin som BAS avger beräknas och en värmefaktor bestämmas.

Värmefaktorn blev ungefär mellan 2,0-3,5 vilket är lågt i jämförelse med test gjorda på andra värmepum- par. Under experimenten framgick det att det fanns läckage i FTX-konstruktionen och utifrån resultaten misstänks även värmepumpen vara defekt. Dessa faktorer tros ha genererat en värmefaktor som är för låg. Vad man dock kan säga från resultaten är att den bästa värmefaktorn uppnås med enbart UK1 eller båda underkylarna. Mellan dessa två kombinationer är det, på grund av osäkerheter i mätningarna, svårt att avgöra vilken som är bäst. Slutsatsen är att man måste nå en tillräckligt låg utomhustemperatur för att UK2 ska fungera effektivt för konstruktionen BAS.

(5)

Innehåll

1 Introduktion 8

1.1 Bakgrund & historia . . . 8 1.2 Olika värmepumpstyper . . . 8 1.3 Värmepumpssystemet för experimentet (BAS) . . . 8

2 Problemformulering & mål 12

3 Metod 13

3.1 Genomförande . . . 13 3.2 Analys . . . 15 3.2.1 Osäkerhetsanalys . . . 16

4 Resultat & diskussion 17

5 Slutsatser & framtida arbete 21

Referenser 22

Bilagor 22

(6)

Figurer

1 Skiss över BAS samt radiator- och ventilationssystem till ett hus. . . 10

2 Skiss över ventilationsvärmeåtervinningsvärmeväxlare samt underkylare 1 & 2. . . 11

3 Experimentuppställning av värmepumpssystemet BAS. . . 14

4 Mätning av temperaturer och volymflöden. . . 15

5 Mätserie vid 10 grader utomhus och med 40 graders radiatortemperatur. . . 18

6 Värmefaktor för olika radiatortemperaturer med utomhustemperatur 0 grader. . . 18

7 Värmefaktor för olika radiatortemperaturer med utomhustemperatur 5 grader. . . 19

8 Värmefaktor för olika radiatortemperaturer med utomhustemperatur 10 grader. . . 19

Tabeller

1 Tabell över värmefaktorer för Nibe F2025 från Energimyndighetens test [1]. . . 9

2 Tabell för utomhus- och radiatortemperaturer. . . 17

(7)

Nomenklatur

Förkortningar

FTX Ventilationsvärmeåtervinningsvärmeväxlare UK Underkylare

VVX Värmeväxlare

Symboler

E˙ Eleffekt [W]

˙

m Massflöde [kg/s]

Q˙ Värmeeffekt [W]

V˙ Volymflöde [m3/s]

ρ Densitet [kg/m3]

cp Specifik värmekapacitet [kJ/kg·K]

COP Värmefaktor std Standardavvikelse T Temperatur [C]

7

(8)

1 Introduktion

1.1 Bakgrund & historia

Jorden värms upp av solen och denna energi lagras då i naturen. Den här värmen kan utvinnas ur berg, mark, luft och vatten och tas till vara på genom användandet av värmepumpar. Dessa förekommer i olika typer beroende på vilken naturresurs värmen utvinns ifrån. Luftvärmepump, bergvärmepump och luft-vattenvärmepump är några exempel. Vilken värmepump som är mest lämplig för en viss fastighet beror på dess miljö och omgivning, dessutom kan olika värmepumpar kombineras med varandra. Hur effektiv en värmepump är bestäms av dess värmefaktor, COP. Värmefaktorn är ett mått på hur mycket värmeenergi som värmepumpen kan leverera jämfört med den energi i el som driften kräver. Värmefaktorn varierar beroende på bland annat typen av värmepump samt utomhustemperatur. Om en värmepump exempelvis har en värmefaktor på fyra, innebär det att man får ut fyra gånger mer värmeenergi i förhål- lande till den elenergi som driften kräver. Det är detta som gör att värmepumpar är så fördelaktiga ur miljösynpunkt. Även fast utvinnandet av värmen är miljövänlig spelar processen av el-produktion också en roll, då valet av denna process har olika påverkan på miljön. I en värmepump finns ett köldmedium som används för värmetransporterna. Detta medium har bra egenskaper för värmeöverföring men är dock sämre ur miljösynpunkt. Mediet befinner sig i ett slutet system och det är viktigt att undvika läckage, för miljön och växthuseffekten. Tidigare användes köldmedium som innehöll fluor, så kallade f-gaser, och vissa av dessa har en starkare miljöpåverkan än vad koldioxid har på växthuseffekten. Därför infördes förordningen EU/517/2014 av EU kommissionen för att minska på dessa farliga f-gaser. Även 1987 skrevs Montreal-protokollet där farliga köldmedier, som påverkade hålet i ozonskiktet, förbjöds [2].

Den första värmepumpen byggdes av Peter von Rittinger år 1856 och användes för att torka salt [3].

Redan 1748 hade William Cullen kommit på idén och visat konstgjord kylning. Denna teknik för kylning utvecklades senare av två studenter vid KTH, Baltzar von Platen och Carl Munters, år 1922. Deras ap- parat blev en stor framgång för utvecklingen av kylskåp [4]. Samtliga av dessa använder sig av principen absorptionskyla. Denna konstruktion har inga rörliga delar och använder exempelvis fotogen eller gasol som drivmedel. En annan variant för att uppnå konstgjord kylning är med principen för mekanisk kyl- ning. I denna konstruktion ingår rörliga delar och det är denna som är vanlig i dagens värmepumpar. En värmepump och ett kylskåp bygger på samma grundteori, att värme överförs från en plats till en annan.

Genom att leda bort värme från ett kylskåp och ut till omgivningen blir kylskåpet kallt. Detta fungerar på samma sätt som när en värmepump tar värme från utomhusluften och leder den in i huset.

1.2 Olika värmepumpstyper

Som det nämnts tidigare finns det flera typer av värmepumpar som utnyttjar olika resurser från naturen.

En luftvärmepump använder utomhusluften för att slutligen generera varmluft in till huset. På samma sätt använder luft-vattenvärmepump även den utomhusluften men där värmen leds in i husets vattensy- stem, exempelvis radiatorer/golvvärme och varmvatten. En annan variant av luftvärmepump är att man utnyttjar den redan uppvärmda luften som ska ventileras ut från huset, denna kallas då frånluftsvärme- pump. Bergvärmepumpen utvinner värmen i berget genom att ett hål borras djupt ned i berggrunden.

Med hjälp av ett vätskebaserat system leds denna värme från berget vidare till värmepumpen och sedan in i huset. Några andra typer är grundvattenvärmepump, havs- eller sjövattenvärmepump och jordvär- mepump [5]. Den här rapporten fokuserar på luft-vattenvärmepump och frånluftsvärmepump då det är dessa system som används i värmepumpen som undersöks.

1.3 Värmepumpssystemet för experimentet (BAS)

I en luft-vattenvärmepump tas luft från den omgivande utomhusmiljön och leds in i en förångare med hjälp av en fläkt. I förångaren passerar luften förbi ett slutet rörsystem i vilket ett köldmedium strömmar.

Köldmediet har en väldigt låg kokpunkt, det vill säga att det kokar och förångas vid låga temperaturer.

Mediet är alltid kallare än omgivningstemperaturen, denna temperaturskillnad är en förutsättning för att köldmediet ska absorbera omgivningens värme och förångas. Det spelar ingen roll om det är minusgrader utomhus, så länge det finns en temperaturskillnad kan värme utvinnas. Det förångade köldmediet förs

(9)

in i en kompressor där det komprimeras och dess temperatur ökar. Sedan förs det vidare till en konden- sor/värmeväxlare där värmeenergin överförs till husets värmesystem. I en värmeväxlare (VVX) överförs värme från en fluid till en annan. Dessa fluider befinner sig i separata rörsystem och är alltså inte i kontakt med varandra. En kondensor är en typ av värmeväxlare där en gas överför värme till ett svalare medium i rör genom kondensering. Efter värmeutbytet i kondensorn övergår mediet till vätskeform, med hjälp av en expansionsventil sänks trycket och mediet övergår till en blandning av vätska och gas.

En frånluftsvärmepump tar till vara på värmeenergin i luften som kommer från huset innan den ven- tileras ut, detta görs med en ventilationsvärmeåtervinningsvärmeväxlare (FTX). I en FTX kommer den in- och utströmmande ventilationsluften att mötas och värme överföras. Dessa finns i flera konfiguratio- ner såsom medflödes, motflödes, korsflödes eller växelflödes. Den återvunna luften används sedan som ett komplement till den luft som strömmar in i förångaren.

Ett ytterligare sätt att värma upp ventilationsluften är att använda en underkylare (UK). En underkylare är en typ av värmeväxlare där ventilationsluften värms upp av köldmediet. Detta sker efter köldmediets värmeutbyte med husets vattensystem.

Hus har olika typer av uppvärmningsbehov som beror på hur det är byggt, detta innebär att varje hus har en egen radiatorkurva. En radiatorkurva beskriver hur varmt vatten som behöver ledas fram till husets radiatorsystem, beroende på temperaturen utomhus.

Systemet som undersöks kallas BAS (svartstreckad linje i figur 1) och är en kombination av en frånlufts- och luft-vattenvärmepump som är sammankopplad med två stycken underkylare samt en FTX. Energi- myndigheten har utfört tester på olika luft-vattenvärmepumpar där värmefaktorer för olika utomhus- och radiatortemperaturer har tagits fram [1]. Luft-vattenvärmepumpen som används i BAS ingår i detta test och värmefaktorerna för några utomhus- och radiatortemperaturer kan ses i tabell 1.

Utomhustemperatur [C] 2 7 -7 -15

Radiatortemperatur 35C 3,2 3,5 - - Radiatortemperatur 45C 2,8 3,0 2,3 1,9

Tabell 1: Tabell över värmefaktorer för Nibe F2025 från Energimyndighetens test [1].

En skiss av värmepumpssystemet BAS återfinns i figur 1 och den demonstrerar bland annat flödet av köldmedium och luft i systemet, samt värmepumpens ingående komponenter.

9

(10)

Figur 1: Skiss över BAS samt radiator- och ventilationssystem till ett hus.

Luft tas utifrån och förs in i en fläkt där ett värmeutbyte sker med ett köldmedium och därefter förs luften ut till naturen igen. Sedan transporteras köldmediet till förångaren och vidare till kompressorn där det värms upp. Det komprimerade mediet fortsätter till kondensorn som är i anslutning till husets varmvatten- och radiatorsystem. Värmen överförs till vattnet som i sin tur leder det vidare in till huset för att sedan återvända till kondensorn. Köldmediet som lämnar kondensorn är fortfarande varmt och detta kan utnyttjas för att värma ny luft som tas utifrån, för ventilation i huset. Detta görs bland annat med hjälp av två underkylare (UK1 och UK2). Slutligen förs mediet vidare till expansionsventilen och fortsätter därefter tillbaka in i förångaren. Innan den varma luften i huset ventileras ut, används den för att värma upp den nya ventilationsluften. Detta görs med en ventilationsvärmeåtervinningsvärmeväxlare (FTX) i kombination med underkylarna. Den resterande värmeenergin som finns i frånluften återförs till förångaren och kan då utnyttjas till uppvärmning av köldmediet.

(11)

Det som är nytt med detta värmepumpssystem och som ska undersökas närmare är konstruktionen med FTX och underkylarna, detta visas i figur 2. Värmepumpar med FTX och underkylare förekommer men det ovanliga med detta system är att det har två underkylare. Köldmediet passerar först UK1 och fortsätter sedan vidare genom UK2. Den nya ventilationsluften utifrån värms upp i tre steg, först i UK2, sedan i FTX och slutligen i UK1. Det undersökningen går ut på är att testa olika kombinationer för uppvärmning av luften för att bestämma den konfiguration som är mest effektiv.

Figur 2: Skiss över ventilationsvärmeåtervinningsvärmeväxlare samt underkylare 1 & 2.

11

(12)

2 Problemformulering & mål

En undersökning ska göras på BAS vid drift i olika utomhustemperaturer och med olika radiatorkurvor.

Utöver det ska underkylarna (UK1 och UK2) vara in- eller urkopplade för varje mätning. Målet är att för en given utomhustemperatur finna det mest optimala driftsförhållandet som gör att värmefaktorn blir så hög som möjligt.

(13)

3 Metod

Undersökningen av värmepumpen skedde experimentellt. Då värmepumpen levererades med FTX och underkylarna monterade, återstod montering av ventilation-, vatten- och elsystem, även utrustning för uppmätning av temperaturer samt flöden installerades. Sedan påbörjades mätningar med olika utomhus- och radiatortemperaturer för de fyra kombinationerna av underkylarna, båda in- och urkopplade samt enbart UK1 eller UK2 inkopplad. Den eleffekt som värmepumpen kräver mättes upp för varje fall. Med hjälp av mätdatan kunde värmepumpens värmeeffekt beräknas och dess värmefaktor bestämmas.

3.1 Genomförande

Materiallista för experiment:

Värmepump Nibe F2025 Köldmedium R404A

Varmvattenberedare Nibe EVP 270

2 st spjäll, a-collection mät- och reglerdon 160 2 st fläktar, Östberg CK 160

Vattenpump Grundfos UPS 25-120 180

Luftkonvektor Alfa Laval DGL501.1AS4V BO FT IF 2.1 CU FL Ventilationsrör diameter 160 mm

Kopparrör diameter 28 mm och 22 mm Flödesmätare vatten, Brunata HGQ3-R3 Plywood till skiljevägg

Isolering markskivor 5 cm 12 st Termoelement Eleffektmätare

Experimentet utfördes på KTH i laboratoriet för “Tillämpad termodynamik och kylteknik”. Värme- pumpen placerades i ett klimatrum där temperaturen kunde regleras och detta representerade utsidan av huset (se figur 3). På samma sätt fick ett klimatrum liggande intill representera insidan av huset. En skiljevägg monterades mellan rummen för att möjliggöra en transport av luft via ventilationsrör in och ut ur huset. Skiljeväggen var gjord av plywood och isolerades med markskivor. Ventilationsrör monterades mellan väggen och in i UT1 respektive IN2 som visas i figur 2. I rören sattes spjäll som mäter volymflödet vid husets in- och utlopp, dessa placerades på mitten av de längsta raksträckorna. För att driva ventila- tionen sattes fläktar vid UT1 och UT2 (figur 2). Sedan sattes ett ventilationsrör i UT2 för att leda luften tillbaka in i värmepumpen. Temperaturen mättes i ventilationssystemets alla in- och utlopp (figur 2) med hjälp av termoelement, dessa placerades i mitten av rörens tvärsnitt. Termoelement användes även för att mäta köldmediets olika temperaturer. Dessa placerades vid värmepumpens och underkylarnas in- och utlopp för köldmediet, totalt sex stycken. En luftkonvektor användes för att representera husets radiatorsystem. För vattensystemet drogs kopparrör från värmepumpen, via en varmvattenberedare och vidare till luftkonvektorn. Vid värmepumpens in- och utlopp för radiatorvattnet sattes termoelement för att mäta temperaturerna, dessutom sattes en flödesmätare vid vattnets utlopp. En vattenpump monte- rades mellan varmvattenberedaren och värmepumpen. För att mäta den eleffekt som krävs för att driva värmepumpen, kopplades en elmätare in mellan denna och eluttaget.

13

(14)

Figur 3: Experimentuppställning av värmepumpssystemet BAS.

1. Underkylare 1 4. Värmepump 7. Ventilation ut 10. Vattenrör

2. Underkylare 2 5. Fläkt 8. Luftintag 11. Spjäll

3. FTX 6. Ventilation in 9. Luftutblås 12. Varmvattenberedare

För att göra mätningarna bestämdes tre olika utomhustemperaturer och tre stycken radiatortemperaturer för respektive utomhustemperatur. En mätningsserie gjordes för var och en av de fyra underkylarkombi- nationerna med en utomhus- och en radiatortemperatur. Totalt genomfördes 36 mätningsserier där varje serie varade i 10 min och en mätning gjordes varje sekund. För volymflödet noterades ett start- och slut- värde för varje mätserie. För mätdata och beräkningar användes Microsoft Excel med insticksprogrammet Coolprop [6].

(15)

3.2 Analys

Värmeeffekten beror på mediets massflöde, specifika värmekapacitet samt dess förändring i temperatur,

Q = ˙˙ mcp∆T. (1)

Figur 4: Mätning av temperaturer och volymflöden.

Systemet levererar värmeeffekt i form av luft och vatten, detta ger en total värmeeffekt enligt

tot= ˙Qair+ ˙QH2O. (2)

För beräkning av luftens värmeeffekt ˙Qair används skillnaden mellan temperaturen utomhus T1 och den inkommande ventilationsluften T2 in i huset enligt figur 4. För beräkning av den effekt som avges i radiatorsystemet ˙QH2O används temperaturskillnaden mellan det in- och utströmmande vattnet T4

respektive T3 ur värmepumpen. Massflödet för respektive medium beräknas med volymflödet och dess densitet enligt

˙

m = ˙V ρ. (3)

Volymflödet för luften mättes för den inströmmande ventilationsluften och med dess temperatur (T2) beräknas densiteten. På samma sätt mättes volymflödet för det utströmmande vattnet och dess densitet beräknas med temperaturen T4. Mediernas specifika värmekapacitet cpberäknas för de olika temperatu- rerna T1, T2 samt T3, T4, där ett medelvärde för respektive medium används. Värmefaktorn för systemet kan då bestämmas med värmeeffekten samt den uppmätta effekten ˙E som systemet kräver i elektricitet.

COP = Q˙tot

E˙ . (4)

15

(16)

3.2.1 Osäkerhetsanalys

I varje mätserie beräknas en värmefaktor för samtliga mätpunkter, ett medelvärde på dessa betraktas som den slutgiltiga värmefaktorn. För att ta hänsyn till avvikelser i mätserierna beräknas standardavvikelsen för värmefaktorn. Standardavvikelsen för ett urval ur populationen beräknas med formeln

std =r P (x − ¯x)2

n − 1 (5)

där x är värdet för varje sampel, ¯x är medelvärdet av dessa och n är antalet sampel.

(17)

4 Resultat & diskussion

De olika utomhus- och radiatortemperaturerna som valdes för experimentet presenteras i tabell 2.

Utomhustemperatur [C] Radiatortemperatur [C]

0 30

5 35

10 40

Tabell 2: Tabell för utomhus- och radiatortemperaturer.

För varje utomhustemperatur användes tre konstanta radiatortemperaturer. Detta skiljer sig från sättet då man använder radiatorkurvor, där olika radiatortemperaturer används beroende på utomhustempera- tur. Det gick varken att uppnå en radiatortemperatur under 30 grader eller en utomhustemperatur under 0 grader, därför valdes temperaturerna i tabell 2. Med en bättre luftkonvektor hade en lägre radiator- temperatur kunnat åstadkommits. Nedkylningen av rummet var helt beroende av värmepumpen, det vill säga ingen extern nedkylning användes. Det fanns ett läckage av luft till klimatrummet bredvid. Detta samt att ingen extern nedkylningen användes var stora faktorer till att lägre utomhustemperaturer inte gick att uppnå.

Vid byggandet av ventilationskanalerna placerades två spjäll för att mäta volymflödet in och ut ur huset. En tumregel för placeringen av dessa är på en raksträcka med 10 diametrars avstånd före och efter mätdonet. Detta för att få en jämn hastighetsprofil på luftflödet efter böjar. Då rören var för korta i detta experiment placerades mätdonen vid mitten av dem längsta raksträckorna. Termoelementen placerades i rören med hänsyn till att luften ska uppnå en jämn temperatur i rörets tvärsnitt.

När den första mätningen av luftens volymflöde gjordes för till- och frånluften skiljde sig värdena mellan dessa markant. Detta indikerade på läckage i systemet då fläktarna för de båda kanalerna är likadana.

Efter felsökning upptäcktes ett läckage mellan kanalerna i FTX/underkylar-konstruktionen. Detta gör att in- och utströmmande ventilationsluft blandas med varandra och kan leda till att luftkvalitén inom- hus försämras. Det kan även ge en felaktigt för hög värmefaktor då mindre uppvärmning krävs. För att undvika luftföroreningar kan man placera fläktarna vid IN1 och UT2 (figur 2), istället för vid UT1 och UT2 (som i detta experiment). Läckaget skulle kunna vara en orsak till det problem som ses i figur 5.

17

(18)

Figur 5: Mätserie vid 10 grader utomhus och med 40 graders radiatortemperatur.

Det sker en uppvärmning av den luft som ska ventileras ut, vilket är raka motsatsen till syftet med FTX-konstruktionen. Frånluften från huset (IN2 figur 2) värms upp ungefär 3 grader innan den blåses ut i luftutblåset (UT2). Dessutom ser man att tilluften in i huset är svalare än luftutblåset, vilket kan tyda på att luft från omgivningen läcker in via exempelvis fläkten för tilluften. Ett annat alternativ skulle kunna vara att frånluften efter FTX värms upp av UK2 innan den ventileras ut. Det kan hända att värmeutbytet i FTX sker åt fel håll, det vill säga att utomhusluften som värmts upp i UK2 vär- mer upp frånluften istället. I det fallet kan utblåsluften som mest ha samma temperatur som tilluften men så är inte fallet enligt figur 5 vilket indikerar på att det är fel någonstans i FTX/underkylar-systemet.

En jämförelse av de olika värmefaktorerna beroende på konfigurationerna av underkylarna återges i figur 6-8.

Figur 6: Värmefaktor för olika radiatortemperaturer med utomhustemperatur 0 grader.

För samtliga radiatortemperaturer ser man att UK1 enbart eller som kombination med UK2 ger en högre värmefaktor än ingen underkylare eller enbart UK2, vilket figur 6 visar. Det är dock svårt att avgöra

(19)

vilken kombination som är den mest optimala för varje radiatortemperatur då osäkerheten (de svarta staplarna) överlappar varandra.

Figur 7: Värmefaktor för olika radiatortemperaturer med utomhustemperatur 5 grader.

När värmepumpen ökar temperaturen på vattnet som går till radiatorsystemet bör värmefaktorn gå ner men vid radiatortemperatur 35 grader så är den generellt lägre än den vid 40 graders radiatortemperatur (figur 7), vilket kan tyda på ett fel i någon av de två mätningarna. UK1 i kombination med UK2 eller enbart UK1 ger en bättre värmefaktor men även här går det inte att bestämma den bästa kombinationen. En jämförelse med värden från tabell 1 vid 35 graders radiatortemperatur och 2 graders utomhustemperatur visar att värmefaktorn för BAS är låg. Då är testet utfört med en lägre utomhustemperatur än den gjord för BAS, vilket ytterligare tyder på att värmefaktorn är låg.

Figur 8: Värmefaktor för olika radiatortemperaturer med utomhustemperatur 10 grader.

Vid mätning av utomhustemperaturen 10 grader gick det inte att åstadkomma en mätserie för radiator- temperatur 30 grader. Detta på grund av en begränsad nedkylning av radiatorvattnet i luftkonvektorn då dess omgivande temperatur var för hög. Figur 8 visar att även för denna utomhustemperatur gäller att UK1 eller båda underkylarna ger bäst resultat. Dessvärre kan man inte heller för dessa dra någon slutsats om den optimala kombinationen på grund av osäkerheter. Återigen kan man jämföra med värden från tabell 1 och konstatera att värmefaktorn för BAS är låg. Även här ska det beaktas att testet är utfört i

19

(20)

lägre utomhustemperatur än den för BAS.

Som figurerna 6-8 visat ligger värmefaktorerna mellan 2-3,5 vilket är ganska lågt. Det går inte heller att få något entydigt resultat på vilken värmefaktor som är högst vid jämförelse av underkylarkombi- nationerna. Detta kan bero på att den värmeenergi som systemet BAS levererar i form av luft är liten jämfört med den från vatten. Därför påverkas inte värmefaktorn nämnvärt av de olika konfigurationerna.

Värmepumpen Nibe F2025 som används i BAS finns även med i testet som Energimyndigheten ut- fört [1]. Vid jämförelse för fallet med ingen underkylare bör värmefaktorerna vara relativt lika, dock skiljer sig dessa åt med minst en faktor 0,3. Experimentet på BAS gav då en lägre värmefaktor än samma värmepump i testet. Detta trots att Energimyndighetens test är utfört i lägre utomhustemperaturer och att BAS utnyttjar frånluftsåtervinning som snarare borde ge en högre värmefaktor. Detta ger troligen en orättvis jämförelse mellan BAS och de värmepumpar i Energimyndighetens test då värmepumpen i experimentet kan vara defekt. Det skulle i sådant fall påverka värmefaktorn för alla underkylarkonfigu- rationer i experimentet negativt.

För varje fall då UK2 värmer upp den inströmmande luften till en högre temperatur än vad luften från huset har, kommer värmeutbytet i FTX ske åt motsatt håll. Det innebär att kombinationen med UK2 innan FTX inte är effektiv när utomhustemperaturen inte är tillräckligt låg.

(21)

5 Slutsatser & framtida arbete

Då FTX/underkylar-systemet är felbyggd och läcker luft kan man inte med säkerhet konstatera hur det påverkar värmefaktorn. Denna faktor kan vara för hög eller för låg beroende på var läckaget befinner sig, utifrån graferna i figur 6-8 verkar värmefaktorn dock försämrad. Värmepumpen i experimentet verkar dessutom inte nå upp till sin förväntade värmefaktor vilket kan tyda på att den är defekt. Det mest optimala driftsförhållandet för underkylarna är antingen UK1 enbart eller i kombination med UK2 (figur 6-8). Rent teoretiskt bör UK2 fungera bättre ju lägre utomhustemperaturen blir men mätningarna i det- ta experiment ger ingen klar indikation på detta. Då värmefaktorn för att ha båda underkylarna i drift jämfört med UK1 inte uppvisar någon tydlig skillnad, finns det inget som talar för att UK2 är nödvändig i konstruktionen för utomhustemperaturerna i experimentet.

För att påbörja framtida arbeten med systemet förutsätts att konstruktionen är korrekt byggd samt att experiment går att utföra för lägre radiator- och utomhustemperaturer. Det skulle vara intressant att mäta temperaturen mellan UK2 och FTX för att kunna avgöra vid vilken utomhustemperatur som värmeutbytet i FTX sker åt rätt håll. Experiment bör då påbörjas vid denna temperatur för att testa hur effektivt systemet BAS kan vara.

21

(22)

Referenser

[1] Energimyndigheten. (2014) . Hämtad 2019-06-04. [Online]. Available: http://www.energimyndigheten.

se/tester/jamforelsesida/?productTypeVersionId=335&comparisonProducts=1394,1296,1298,1297, 1295,1288,1286,1285,1290,1291,1287,1292,1289,1294,1282,1284,1283

[2] Svenska Kyl & Värmepumpföreningen. (2018) rätar ut dina frågetecken om den nya f-gasförordningen!

. Hämtad 2019-03-13. [Online]. Available: http://alltomfgas.se/

[3] Värmepumpen. (2019) . Hämtad 2019-03-13. [Online]. Available:

https://värmepumpen.se/varmepumpens-historia/.

[4] Kylskåp.net. (2018) Kylskåpets historia! . Hämtad 2019-03-14. [Online]. Available:

http://www.kylskåp.net/kylskapets-historia/.

[5] Nettbureau Sweden AB. (2019) . Hämtad 2019-03-13. [Online]. Available:

https://värmepump.se/artiklar/olika-typer-av-värmepumpar.

[6] CoolProp. (2019) . Hämtad 2019-06-12. [Online]. Available: http://www.coolprop.org/index.html

Figur

Updating...

Referenser

Relaterade ämnen :