1. No category

Beregning af energieffektivitet
for varmepumper i Be10
Esben Vendelbo Foged, Teknologisk Institut
Lars Olsen, Teknologisk Institut
Teknologisk Institut
Titel:
Beregning af energieffektivitet for varmepumper i Be10
Udarbejdet af:
Teknologisk Institut
Køle- og Varmepumpeteknik
Gregersensvej
2630 Taastrup
Januar 2015
Forfatter: Esben Vendelbo Foged & Lars Olsen, Teknologisk Institut
Teknologisk Institut
Forord
Denne rapport giver en gennemgang af et forslag til en ny Be10-beregningsmetode for
varmepumper.
Udarbejdelsen af forslaget er udført som en del af projektet: Beregning af energieffektivitet
for køleanlæg og varmepumper i Be10. Projektet er støttet af Elforsk og har projektnummer: 344-045.
Rapporten er skrevet af
Lars Olsen, civilingeniør, Ph.D. Teknologisk Institut.
Esben Vendelboe Foged, civilingeniør, sektionsleder, Teknologisk Institut.
I projektet har desuden deltaget en følgegruppe der har bidraget med test og kommentarer:
SBi, Aalborg Universitet, Energi & Miljø, Forskningschef Søren Aggerholm.
Varmepumpefabrikantforeningen, Sekretær for VPFF, Lars Abel.
Bosch, Niels Pedersen
Nilan, Brian Hansen.
COWI, Bjarne Poulsen
Rambøll, Niels Radisch
Grontmij, Pia Rasmussen
Projektet har været præsenteret på to ”gå-hjem-møder” afholdt i samarbejde med varmepumpefarikantforeningen og ligeledes ved en temadag omkring ecodesign. Vi takker for
inputtene i denne forbindelse.
Teknologisk Institut
Indholdsfortegnelse
Forord .................................................................................................................. 3
1.
Introduktion .................................................................................................... 8
2.
Hvad er Be10? ...............................................................................................10
3.
Eksisterende varmepumpeberegning i Be10 .......................................................11
4.
5.
3.1.
Be10 beregningen teoretisk...................................................................15
3.2.
Relativ COP ved 50 % last ....................................................................19
Hvad er SCOP? ...............................................................................................21
4.1.
Klimazoner ..........................................................................................22
4.2.
Testtemperaturer .................................................................................24
4.3.
Varmeproduktionsbehov i varmesæsonen til brug for beregning af SCOP ....25
4.4.
Beregning af SCOP ...............................................................................28
Den kommende varmepumpeberegning ............................................................29
5.1.
Anvendelse af SCOP testdata til udarbejdelse af sammenhænge for
varmepumpeydelsen .......................................................................................29
5.1.1.
Anvendelse i forbindelse med rumvarme ..............................................30
5.1.2.
Anvendelse i forbindelse med varmt brugsvandsproduktion ....................34
5.2.
5.2.1.
5.3.
Beregning af energiforbrug ...................................................................40
Rumvarme .......................................................................................40
5.3.2.
Varmt brugsvand ..............................................................................44
Det endelige beregnede energiforbrug ....................................................47
Den eksisterende beregningsmetode sideløbende med den kommende beregning. ..49
6.1.
7.
Rumopvarmning ...............................................................................34
5.3.1.
5.4.
6.
Beregning af varmebehov med højere opløsning ......................................34
SCOP som input til den eksisterende varmepumpemodel ..........................49
Referenceliste ................................................................................................51
Bilag 1 ................................................................................................................53
4
Teknologisk Institut
Symbolliste
Symbol
COPi
DGi
n
nvægtet,md
nvægtet,temp.,md
Pdesignh
PVP,nom
PVP,maks,i
Ph,i
Ph(Tj)
Q opvarm.,md
Q opvarm.,temp.,md
Qel,i
Qel,korrig,i
Q varme
Relativ 50
COP
SCOP
SCOPon
Ti
Tj
Tbivalent
TOL
Tdesignh
ΔT
ηex
Forkortelser
og index
A
Bin
C
Carnot
ex
fremløb
h
kold
md
on
temp.
test
ude
varm
VBV
VP
W
%
Beskrivelse
Effektivitet af varmepumpe (Coefficient of Performance)
Dækningsgraden (Procentuel dellast i Be10 model)
Antal timer
Samlede vægtede antal timer for en måned
Vægtede antal timer for en given udetemperatur for en given måned
Design varmeeffekt for varmepumpeløsningen inkl. el-patron (effekt)
Nominel effekt for varmepumpen
Maksimal effekt for varmepumpen,
Varme (effekt) behov for bygning, middel effekt
Varme (effekt) behov for bygning, for den givne bin temperatur
Samlede nødvendige varmeproduktion for en given måned
Nødvendig varmeproduktion for en given udetemperatur for
en given måned
Elforbrug for en given måned, i
Elforbrug korrigeret for en given måned, i
Nødvendig varmeproduktion for bygning
COP ved 50 % last
Enhed
kW/kW
kW/kW
h
h
h
Sæsonbestemt effektivitet
Sæsonbestemt effektivitet i aktiv varmemode
Temperatur ved det oplyste index, i
Udetemperaturen af et bin
Udetemperatur, hvor varmepumpen netop kan opfylde behovet
Temperature Operating Limit
Reference design udetemperatur for opvarmning
Temperaturforskel
Exergivirkningsgrad
kWh/kWh
kWh/kWh
°C
°C
°C
Average – Gennemsnitlig (Klima)
Udetemperatur interval
Colder – Koldere (Klima)
Carnot
Exergi
Fremløb
Varme (heat)
Temperatur ved fordamper (se også forklaringer i tekst)
Måned
Varmepumpe er aktiv
Temperatur
Test
Udetemperatur
Temperatur over kondensator (se også forklaringer i tekst)
Varmt brugsvand
Varmepumpe
Warmer – Varmere (Klima)
5
kW
kW
kW
kW
kW
kWh
kWh
kWh
kWh
kWh
kW/kW
°C
°C
K
kW/kW
Teknologisk Institut
Definitionsliste










Aktiv varmemode
De timer i løbet af året hvor der er et behov for varmeproduktion. Kaldes også for
producerende drift
COP
Koefficient som angiver effektivitet (Coefficient of Performance)
Varmeeffekten i forhold til det elektriske input til varmepumpen
Dellast
Varmepumpen kører i dellast og opfylder et rumvarmebehov for bygningen som er
mindre end ved fuldlast. Størrelsen angives som last i forhold til fuldlast
hj
bin timer
Summen af alle timer med en given udetemperatur for et specifikt sted. Udetemperaturerne er afrundet til heltal
Pdesignh
Design varmeeffekt
Design varmeeffekt for varmepumpeløsningen inkl. el-patron opfylder varmebehovet for bygningen ved Tdesignh forholdene
Relativ COP ved 50 %
COP af varmepumpe ved 50 % dellast. Defineret i DS/CEN/TS 14825:2004 /7/
SCOP
Sæsonbestemt effektivitet
Sæsonbestemt effektivitet for en varmepumpeløsning beregnet ud fra et helt referenceårs varmebehov. Der indregnes foruden aktiv varmemode (inkl. evt. drift med
elpatron) også energiforbrug i timer uden rumvarmebehov, dvs. timer både i og
uden for aktiv varmemode. Dog medtages ikke energiforbrug til opvarmning af
varmt brugsvand. Reference varmebehovet er bestemt ud fra standardiserede forhold opgivet i DS/EN 14825. Den sæsonbestemte effektivitet bruges til mærkning,
sammenligning og certificering
SCOPon
Sæsonbestemt effektivitet i ”Active mode”
Sæsonbestemt effektivitet for en varmepumpeløsning i aktiv varmemode. Dvs. ved
producerende drift med evt. elpatron beregnet ud fra et helt referenceårs varmebehov. Bestemt ud fra standardiserede forhold givet i DS/EN 14825
SCOPnet
Netto sæsonbestemt effektivitet
Sæsonbestemt effektivitet for en varmepumpeløsning i aktiv varmemode ved drift
uden el patron. Denne bestemmes ud fra obligatoriske forhold givet i DS/EN 14825
Tbivalent
Bivalent temperatur
Laveste udetemperatur, hvor varmepumpen er deklareret til at have en effekt, der
dækker 100 % af varmebehovet (dvs. uden el-backup)
6
Teknologisk Institut

Tdesignh
Reference designtemperatur for opvarmning
Design udetemperatur for de forudsatte klimaforhold. Ved test benyttes Average
clima, hvor Tdesignh = -10 °C, jf. DS/EN 14825 /1/

TOL
Temperature operation limit
Den laveste udendørs temperatur, hvor varmepumpen alene kan levere varmeeffekten deklareret af producenten

Varmepumpeløsning
Kombineret løsning bestående af varmepumpe med en termodynamisk kredsproces
og evt. backup i form af en el-patron.
7
Teknologisk Institut
1. Introduktion
I projektet er der udarbejdet en ny metode til beregning af varmepumper i Be10. Metoden
tager afsæt i de nye standarder for måling af varmepumper som indfører SCOP-værdier
for varmepumperne. I metoden beregnes varmepumpernes effektivitet og varmeeffekt for
hver time i de enkelte måneder af året. Resultaterne tager derved bedre hensyn til de
variationer, der forekommer i belastningen af varmepumperne, og giver dermed et væsentligt mere nuanceret billede af ydelsen, specielt i de kolde perioder. Projektet har fokus
på behandlingen af luft-luft, luft-vand og væske/vand varmepumper (jordvarmepumper).
De øvrige varmepumper vil blive behandlet efter de samme principper, som svarer til de
hidtidige beregningsprincipper.
Beregningsprogrammet Be10 har en model for beregning af varmepumper. I den nuværende beregningsmetode for varmepumper i Be10 er der på simpel vis taget højde for
varmepumpers drift i dellast, hvilket ikke afspejler varmepumpers varierende drift ved hele
spektret af udetemperaturer over året. Grunden er, at beregningen i Be10 i dag beror på
én gennemsnitstemperatur pr. måned.
Be10 beregningen afspejler derfor ikke i tilstrækkeligt omfang de lave temperaturer i vintermånederne, hvor varmebehovet kan være stort og effektiviteten af varmepumpen lille,
samt hvor brugen af backupvarme vil være nødvendig for at levere den nødvendige
mængde varme til opvarmning af boligen eller varmt brugsvand (VBV). Beregningen afspejler heller ikke højere udetemperaturer, hvor den nødvendige varmeproduktion er
lille, og effektiviteten af varmepumpen kan være meget anderledes. Den nuværende
Be10 varmepumpeberegning kan derfor være behæftet med usikkerhed i forhold til en
mere detaljeret beregning.
Varmepumpen designes ud fra at den termodynamiske kredsproces arbejder under fuldlast ved et specifikt temperatursæt givet ved én udetemperatur og én fremløbstemperatur til et varmeanlæg (f.eks. ofte -7 °C over fordamperen (udetemperatur) og 35 °C over
kondensatoren (fremløbstemperatur) for luft/vand varmepumper til gulvvarme). Ved
disse temperaturer over fordamper og kondensator justerer varmepumpen automatisk
henholdsvis fordampningstemperaturen og kondenseringstemperaturen. Ved højere udetemperaturer vil varmepumpen arbejde i dellast, som kan have en positiv indflydelse på
effektiviteten af varmepumpen. Hvorledes dette er tilfældet, vil afhænge af designet for
det specifikke system og varmepumpens styring. I den nuværende beregningsmetode i
Be10 tages der højde for denne dellast via en korrektionsfaktor, som findes via en beregning (eller test), der bl.a. er baseret på et input for den relative COP ved 50 % last. Forkert indtastning af den relative COP ved 50 % last kan have store konsekvenser for bygningens opnåede energiramme i både positiv og negativ retning, og det har vist sig svært
for brugeren at finde en korrekt værdi, og anvende den i forbindelse med indtastningen.
I den nye standard DS/EN 14825 /1/ for test af varmepumper præsenteres beregningsmetoden for Seasonal Coefficient Of Performance (SCOP). Denne nye standard introducerer foruden en ny varmeeffektangivelse for varmepumper en ny værdisætning for effektiviteten af en varmepumpe beregnet på baggrund af et belastningsprofil, der definerer et
sæt sammenhørende testtemperaturer og dellaster. Dette belastningsprofil afspejler et
8
Teknologisk Institut
vekslende varmebehov [kW] til rumopvarmning, afhængigt af udetemperaturen. Endvidere relateres det temperaturafhængige belastningsprofil til et årsprofil, hvor der pr.
udetemperatur angives et timeantal, der afspejler et gennemsnitligt år.
Varmepumpen vil ikke producere rumvarme i en del af året. Dette tager SCOP beregningen også højde for ved at medregne elforbruget i de resterende mulige drift-modes.
I beregningen af SCOP er ikke medtaget produktion af varmt brugsvand. Dog kan data
fra SCOP testen benyttes i en beregning af energiforbruget til produktion af varmt brugsvand såfremt fremløbstemperaturen og forbruget kendes.
Den standardiserede SCOP effektivitetsangivelse vil ikke blive benyttet som direkte input
i forbindelse med den kommende Be10 beregning, da SCOP blot er en værdisætning af
den energimæssige effektivitet beregnet på baggrund af fiktive forhold. SCOP er altså
blot en værdi-sætning med det formål at sammenligne varmepumper på et ensartet
grundlag og repræsenterer ikke den dynamiske energibalance for en bygning, som Be10
er baseret på. Delelementer fra beregningen af SCOP og de testdata, der ligger til grund
for beregningen, finder dog stor anvendelse i forbindelse med den kommende Be10 varmepumpeberegning, da disse bedre afspejler varmepumpens driftsforhold over året.
I SCOP testdata findes der endvidere data for drift af en given varmepumpe under fuldlast. Disse testdata vil for et bestemt temperaturniveau blive benyttet til at beregne
energiforbruget til opvarmning af varmt brugsvand (VBV).
Den kommende varmepumpemodel, som præsenteres i denne rapport, er en timebaseret
model, der benytter SCOP data som input. I modellen vil både rumopvarmning og VBV
opvarmning være tilkoblet. Det beregnede energiforbrug vil altså afspejle forskellige varmeproduktionsbehov, som en given bygning har, samtidig med at den nye model i højere
grad tager højde for variationen af udetemperaturerne i løbet af året. Mængden af data,
der skal indtastes i den kommende beregning er større, men inputtet kan tages direkte
fra testrapporter.
I det følgende præsenteres bl.a. de eksisterende og kommende Be10 beregninger. Programmet ejes af SBi. Beregningsmetoderne er i denne rapport delvist præsenteret via
screen dumps fra Microsoft Excel. Dette er grundet at ændringer og nye beregningstiltag
i programmet ofte som udgangspunkt programmeres i Excel og efterfølgende overføres
til Be10-beregningskernen som er programmeret i C++.
9
Teknologisk Institut
2. Hvad er Be10?
Anvisning 213 /2/ og dertil tilhørende beregningsprogram Be10 er udviklet af Statens Byggeforskningsinstitut (SBi).
Anvisningen og Be10 anvendes til at dokumentere, at energikravene i Bygningsreglementet /3/ og anden lovgivning er fulgt.
Be10 er ikke et dimensioneringsværktøj, men kan, ligesom anvisningen, hjælpe arkitekter
og andre rådgivere med at udregne et standardiseret energibehov og energiforbrug i projekteringsfasen.
Be10 beregningskernen benyttes af bl.a. energikonsulenter i programmerne EK-Pro /4/ og
Energy10 /5/ til at fastlægge energiklasser for bygninger. EK-Pro og Energy10 udvider
Be10 med forbedrede muligheder mht. inputdata, udskrivning af rapporter, etc.
Be10 og anvisningen er vidt udbredt og anvendt og er et vigtigt led i at sikre, at der skabes
en god energiøkonomi i bygninger, og at byggerier fremtidssikres bedst muligt.
10
Teknologisk Institut
3. Eksisterende varmepumpeberegning i Be10
Følgende gennemgang af den eksisterende varmepumpeberegning i Be10 er simplificeret,
idet ikke alle elementer og aspekter af beregningen bliver gennemgået.
Problematikker med den eksisterende beregning
Der er visse elementer i den eksisterende varmepumpeberegning, som kan give problemer
under indtastning, og som kan have konsekvenser for, hvilken energiramme bygningen
opnår. To eksempler er:

En given bygning kan ”hoppe” en hel bygningsklasse i den ”positive” eller ”negative”
retning, såfremt den forkerte relative COP ved 50 % last benyttes

Der er risiko for at gode varmepumper ikke tillægges en fair total effektivitet, da
0,8 relativ COP ved 50 % last skal benyttes, såfremt denne værdi ikke er
testet
Den kommende varmepumpeberegning (se afsnit 5) i Be10 vil foruden at blive mere præcis
også gøre op med ovenstående problematikker, da de indtastede data vil være baseret
direkte på SCOP testdata, som producenterne, deres autoriserede repræsentanter og importører skal stille til rådighed (se 5.1). Den relative COP ved 50 % last vil derfor ikke være
et element, der skal benyttes i den kommende varmepumpeberegning.
Den relative COP ved 50 % last kan give problemer, men anvendelsen af faktoren relativ
COP ved 50 % last har været en god måde at beregne et mere retvisende billede af en
varmepumpes energiforbrug. Inputdataene til Be10 er ofte målt på baggrund af standarden
DS/EN 14511 /6/ og ved blot ét testpunkt. Varmepumpens effektivitet er stærkt afhængig
af varierende temperaturer på varmeoptager- og varmeafgiversiden, og effektiviteten er
ligeledes stærkt afhængig af lastforholdene. Den relative COP ved 50 % last er netop benyttet for at tage højde for dette. Denne kan enten være testet i henhold til standarden
DS/CEN/TS 14825:2004 (tilbagetrukket) /7/ eller, såfremt dette ikke er gjort, være indtastet som standardværdien 0,8.
11
Teknologisk Institut
Overblik over programmet
Hovedvinduet i Be10 programmet ser ud som i Figur 1. I venstre side er der indikeret en
lang række elementer relateret til bygningens konstruktion, brug og installerede teknologier. Varmeforsyningen, i dette tilfælde en varmepumpe, markeres i hovedvinduet, som er
vist i figuren.
Figur 1: Be10 brugerfladen - hovedvinduet.
Hvis varmepumpen markeres i elementerne til venstre (ikke synlig i Figur 1) fremkommer
vinduet vist i Figur 2.
12
Teknologisk Institut
Figur 2: Varmepumpe-vinduet i Be10 med forklarende tekst.
Figur 2 angiver de forskellige inputelementer. Blot ét testsæt er nødvendigt for beregning
af en varmepumpe i den nuværende model.
Ifølge anvisning 213 angives følgende om testtemperaturerne:
”Der angives de test-temperaturer, som er benyttet ved bestemmelse af varmepumpens
effekt og virkningsgrad. Test-temperaturen på den varme side skal være større end eller
eventuelt lig med testtemperaturen på den kolde side.
Kold side:
Test-temperaturen på den kolde side er mediets temperatur før fordamperen.
Varm side:
Test-temperaturen på den varme side er mediets temperatur efter kondensatoren.”
Be10 kan i den nuværende model behandle flere forskellige varmepumpeløsninger:

Brugsvand alene

Rumopvarmning alene

Rumopvarmning og varmt brugsvand

To varmepumper – én til hvert formål
13
Teknologisk Institut
Programmet kan også behandle flere varmepumper med samme formål. Såfremt flere varmepumper indtastes med samme formål, vil varmepumperne blive kaskadereguleret,
hvorved at varmpumpe nr. 2 først igangsættes, når varmepumpe nr. 1 kører ved fuld last.
Såfremt varmepumperne kører i parallel, skal disse indtastes som én varmepumpe.
Figur 2 viser en relativ COP ved 50 % last. I dette eksempel er der brugt en værdi på 0,94,
da varmepumpen i eksemplet er testet, og den relative 50 % COP er fundet bedre end de
0,8, der skal benyttes ved manglende test.
Alternative varmekilder i Be10
Be10 indeholder datasæt for en række forskellige varmekilder, men det er også muligt at
indtaste andre energikilder, som vist i Figur 3.
Figur 3: Indtastning af andre varmekilder for varmepumpeberegningen i Be10.
I den kommende varmepumpeberegning vil det ikke være muligt at indtaste alternative
varmekilder (se afsnit 5). Såfremt en alternativ varmekilde skal indtastes, og den ikke
behandles i den kommende varmepumpeberegning, skal den eksisterende varmepumpeberegning benyttes (se afsnit 6).
14
Teknologisk Institut
3.1.
Be10 beregningen teoretisk
I det følgende vil en simplificeret step-by-step gennemgang af beregningen blive præsenteret. Efterfølgende vil et eksempel blive vist.
Step 1.
Varmepumpemodellen får et input bestående af en månedligt nødvendig varmeproduktion
beregnet af Be10 ud fra den opstillede bygningsmodel og brugen heraf. Ligeledes får beregningsmodellen et input i form af varmepumpe inputdata.
Et eksempel herfor ses i Tabel 1.
VP dækningspotentiale af netto nødvendig varmeproduktion i MWh
jan
feb
mar apr
Maj jun
jul
aug
sep
Okt
nov
dec
Året
Opvarmning 2,30 1,94 1,66 0,89 0,06 0,00 0,00 0,00 0,05 0,60
1,37
2,07
10,94
VBV
0,24 0,22 0,24 0,23 0,24 0,23 0,24 0,24 0,23 0,24
0,23
0,24
2,82
I alt
2,54 2,16 1,90 1,12 0,30 0,23 0,24 0,24 0,28 0,84
1,60
2,30
13,76
Tabel 1: Nødvendig varmeproduktionsinput til eksisterende Be10 varmepumpeberegning.
Step 2.
Den månedlige beregning er foretaget på baggrund af gennemsnitlige udetemperaturer,
og den ønskede temperatur i varmeanlægget beregnes ligeledes på baggrund af denne
gennemsnitlige beregning. Dette vil sige, at for f.eks. en luft/vand varmepumpe er den
månedlige beregning baseret på én temperatur over fordamperen (Tkold) og én temperatur over kondensatoren (Tvarm).
Via de i Be10 indtastede data er det muligt at beregne en exergivirkningsgrad ηex, som
benyttes til at relatere de indtastede data til de månedlige driftsforhold. Exergivirkningsgrad ηex beregnes ved først at finde Carnot COP’en for den indtastede data, og efterfølgende relatere denne Carnot COP til den reelt målte COP for det indtastede testpunkt. Efterfølgende kan COP da beregnes for andre temperaturmæssige driftsforhold ved først at
beregne Carnot COP for de givne driftsforhold, og benytte den under testen fundne exergivirkningsgrad ηex til at beregne COP under de nye temperaturmæssige driftsforhold.
Formlen for Carnot COP ser ud som følger:
𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡 =
(𝑇𝑣𝑎𝑟𝑚 +273,15)
(𝑇𝑣𝑎𝑟𝑚 −𝑇𝑘𝑜𝑙𝑑 )
Formlen for exergivirkningsgraden (ηex) ser ud som følger:
η𝑒𝑥 =
𝐶𝑂𝑃𝑚å𝑙𝑡
𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡
15
Teknologisk Institut
Step 3.
For hver måned bliver et midlet varmebehov (middellast) beregnet. Dette midlede varmebehov ses i forhold til den mulige maksimale varmeffekt, som varmepumpen kunne
have leveret under de samme midlede temperaturmæssige forhold for den givne måned,
ved samme elektriske input som for inputdataene (som er testet under 100 % last). Se
evt. eksempel nedenfor.
Såfremt middellasten går under 50 % af fuldlasten, benyttes den indtastede værdi for
”relative COP ved 50 % last” til at korrigere elforbruget. Såfremt middellasten er imellem
50-100 % af fuldlasten, benyttes en lineær tilnærmelse til at finde den korrekte forbrugskorrektion af elforbruget. Dette er illustreret i Figur 4.
Korrektionsfaktor
Korrektionsfaktor
1,2
1
0,8
Relativ 50% COP = 0,8
0,6
Relativ 50% COP = 1,1
0,4
0
0,5
1
1,5
Middel månedlig effekt / mulig maks. effekt.
Figur 4: Korrektionsfaktor beregnes i afhængighed af den procentuelle dellast, dvs. dækningsgrad, DG.
Det beregnede el-forbrug divideres da med denne korrektionsfaktor for enten at ”belønne” varmepumpen, såfremt den relative COP ved 50 % last er højere end 1, eller
”straffe” den, såfremt at varmpumpen har en relativ COP ved 50 % last, der er lavere
end 1. Værdier højere end 1 tilskrives varmpumper, hvis COP stiger under dellast sammenlignet med fuldlast. Det forholder sig omvendt, hvis den relative COP ved 50 % last
er mindre end 1.
Disse beregninger foretages for samtlige måneder, og det samlede energiforbrug adderes
op. Såfremt at varmepumpen ikke har stilstrækkelig effekt til at levere det ønskede varmebehov i visse måneder, vil backupvarme blive suppleret fra en el-patron.
16
Teknologisk Institut
Et beregningseksempel på den stepvise beregning:
Step 1.
Følgende fiktive testdata benyttes:
Tkold = -3 oC (inkl. ∆T = -10 K for fordampningstemperaturen i forhold til
temperaturen over fordamperen (Tude))
Tvarm = 37 oC (inkl. ∆T = 2 K for kondenseringstemperaturen i forhold til
temperaturen over kondensator (fremløbstemperatur til centralvarmesystem))
COPtest = 4,0
PVP,nom = 5,9 kW
Relativ COP ved 50% last = 0,8
Her er Tkold fordampningstemperaturen, Tvarm kondenseringstemperaturen, og COPtest er
COP’en opnået under Tkold og Tvarm. Den nominelle effekt PVP,nom er effekten under testtemperaturerne Tkold og Tvarm. Den relative COP ved 50 % last er fundet for Tkold og Tvarm
ved 50 % effekt sammenlignet med den nominelle effekt.
Data for januar måned (resterende måneder undladt):
Qvarme = 2.300 kWh
o
Tkold,ude = -10,5 C (inkl. ∆T = -10 K for fordampningstemperatuen i forhold til
temperaturen over fordamperen (Tude))
Tfremløb = 37 oC (inkl. ∆T = 2 K for kondenseringstemperaturen i forhold til
temperaturen over kondensatoren (fremløbstemperatur til centralvarmesystem))
Qvarme er den nødvendige varmeproduktion for januar måned. Tkold,ude fordampningstemperaturen i januar måned. Tude er udetemperaturen (-0,5 °C) i januar måned.
Tfremløb er fremløbstemperaturen til varmeanlægget i januar.
Step 2.
Carnot COP og exergivirkningsgrad ηex for inddataene beregnes:
COP𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡 =
η𝑒𝑥 =
(𝑇𝑣𝑎𝑟𝑚 + 273,15) (37 + 273,15)
=
= 7,8
(𝑇𝑣𝑎𝑟𝑚 − 𝑇𝑘𝑜𝑙𝑑 )
(37 − (−3))
𝐶𝑂𝑃𝑡𝑒𝑠𝑡
4,0
=
= 0,5
𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡 7,75
På baggrund af den fundne exergivirkningsgrad ηex findes den COP, som varmepumpen
vil have i januar måned:
COP𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 =
(𝑇𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 + 273,15)
(37 + 273,15)
=
= 6,5
(𝑇𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 − 𝑇𝑘𝑜𝑙𝑑,𝑢𝑑𝑒 ) (37 − (−10,5))
𝐶𝑂𝑃𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = η𝑒𝑥 ∗ 𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = 0,5 ∗ 6,5 = 3,4
17
Teknologisk Institut
Step 3.
Det endelige elforbrug kan nu beregnes for januar måned.
Dette gøres ved at finde den mulige maksimale varmeeffekt, som kan leveres af varmepumpen med de fundne driftsforhold. Først undersøges det, hvad den mulige maksimale
varmeeffekt for varmepumpen i januar måned vil være for det samme energiinput som
under testen hvor varmepumpen kører i fuldlast.
𝑃𝑉𝑃,𝑚𝑎𝑘𝑠,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 =
𝑃𝑉𝑃,𝑛𝑜𝑚
5,9 𝑘𝑊
∗ 𝐶𝑂𝑃𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 =
∗ 3,4 = 5,0 𝑘𝑊
𝐶𝑂𝑃𝑡𝑒𝑠𝑡
4,0
Ligeledes findes det midlede varmebehov (gennemsnitlige effekt) for januar måned, som
varmepumpen skal levere:
𝑃ℎ,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 =
𝑄𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒
2.300
=
= 3,1 𝑘𝑊
𝑛𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 31 ∗ 24
Hvor 𝑛𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 er antallet af timer i januar. Det er nu muligt at undersøge, hvor stor en procentdel det midlede månedlige varmebehov udgør af den maksimale varmeeffekt, som
varmepumpen kan levere:
𝐷𝐺𝐽𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 =
𝑃ℎ,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟
3,1
=
= 0,6
𝑃𝑉𝑃,𝑚𝑎𝑘𝑠,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟
5,0
DG er dækningsgraden, som altså er et udtryk for varmepumpens gennemsnitlige procentuelle dellast i januar måned.
Nu kan januars elforbrug beregnes. Først beregnes elforbruget for januar ud fra COP
uden korrektion:
𝑄𝑒𝑙,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 =
𝑄𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒
2.300 𝑘𝑊ℎ
=
= 700 𝑘𝑊ℎ
𝐶𝑂𝑃𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟
3,4
Dette elforbrug korrigeres nu for at varmepumpen køres i dellast. Den procentuelle dellast (dækningsgrad), som varmepumpen er i, kan bestemmes. Korrektion bestemmes
ved lineær interpolation mellem værdien 1 ved 100 % last og værdien 0,8 ved 50 % last.
En gennemsnitlig procentuel dellast på DG = 0,6 giver en korrektionsfaktor på 0,848.
Det endelige energiforbrug for januar bliver da:
𝑄𝑒𝑙,𝑘𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔,𝑗𝑎𝑛𝑢𝑎𝑟 = 700 kWh / 0,848 = 800 kWh
Som tidligere belyst foretages denne beregning for samtlige måneder, og elforbruget adderes op. Såfremt varmebehovet i måneder overstiger den mulige maksimale effekt, som
varmepumpen kan levere under de for måneden givne forhold, suppleres der med backupvarme fra en el-patron.
18
Teknologisk Institut
3.2.
Relativ COP ved 50 % last
Relativ COP ved 50 % last skal angives til 0,8, medmindre varmepumpen er testet i henhold til EN/CEN/TS 14825:2004 /7/. Dette er der i dag en lang række varmepumper, der
ikke er. De fleste varmepumper har dog en relativ COP ved 50 % last, der er højere end
de 0,8, hvilket også fremgår af Tabel 2.
COPrelativ 50%
estimeret op til
Anlægstype og driftsprofil
Luft/luft varmepumpe – on/off
Luft/luft varmepumpe – ”inverter
0,8
1,4
Andre varmepumper – on/off
Andre varmepumper - kapacitetsreguleret
0,9
1,2
COPrelativ 50%
målt eksempler
0,94
1,03-1,07
Tabel 2: Relativ COP ved 50 % last, estimeret og målt. Estimerede værdier som
stammer fra Håndbog for Energikonsulenter /8/. Den sidste kolonne er eksempler fra laboratoriemålinger.
Det ses her, at måledata viser en værdi over 0,8 både for on/off regulerede varmepumper
og for kapacitetsregulerede varmepumper. Det er dog estimeret, at den relative COP ved
50 % last kan være højere.
Men hvad er konsekvensen af en forkert angivet relativ COP ved 50 % last?
For at undersøge dette er der opstillet ét eksempel med et hus, for hvilket parametre
relateret til effektiviteten af varmepumpen efterfølgende er blevet varieret.
For dette konkrete eksempelhus er kravet for at opnå bygningsklasse BR2010 og Lavenergi
2015 følgende:
BR2010:
61,7 kWh/m2 (for dette specifikke eksempel)
Lavenergi 2015:
35,6 kWh/m2 (for dette specifikke eksempel)
Hvad sker der, hvis COP angives forkert?
COP
Rel. COP ved 50 %
Energibehov (kWh/m²)
2,1
0,94
68,5
3,1
0,94
58,1
3,6
0,94
50,6
Tabel 3: Eksempel på energibehovets følsomhed ved variation af COP i den eksisterende Be10 varmepumpeberegning.
I Tabel 3 ændres COP forholdsvis meget, men tabellen kan vise, hvor stor en indflydelse
COP har, på hvilken energiklasse bygningen opnår. Det ses, at hvis COP angives til 3,1
19
Teknologisk Institut
frem for 2,1, så opnår bygningen energiklasse BR2010. Hvis en COP på 2,1 var benyttet,
ville bygningens energiforbrug ellers have været så højt, at kravet i Bygningsreglementet
ikke vil være overholdt. Endvidere ses det, at såfremt varmepumpens COP angives til 3,6
frem for 3,1, så falder energibehovet med 14,8 %.
Hvad sker der, hvis den relative COP ved 50 % last angives forkert?
COP
Rel. COP ved 50 %
Energibehov (kWh/m²)
3,1
0,8
65,0
3,1
1,1
52,3
Tabel 4: Eksempel på energibehovets følsomhed ved variation af den relative COP
ved 50 % last angivet forkert i den eksisterende Be10 varmepumpeberegning.
Tabel 4 ændres den relative COP ved 50 % last fra 0,8 til 1,1. Tabellen viser, at bygningen
herved opfylder kravet til bygningsklasse BR2010 og opfylder dermed Bygningsreglementets krav. Er varmepumpens relative COP ved 50 % last ikke bestemt ved testen, skal den
angives til at være 0,8. I Tabel 2 blev det vist, at den relative COP ved 50 % last ofte er
over 0,8, og at de 0,8 derfor i mange tilfælde ikke afspejler varmepumpens faktiske effektivitet.
Som tidligere nævnt vil den relative COP ved 50 % last ikke indgå som et element i den
kommende varmepumpeberegning (se afsnit 5) i Be10, da de data, der skal indtastes, vil
være baseret direkte på SCOP testdata, som producenterne, deres autoriserede repræsentanter og importører skal stille til rådighed (se afsnit 5.1). Risikoen for at en varmepumpes
potentiale ikke belyses i kraft af manglende viden om f.eks. den relative COP ved 50 %
last vil derved være mindre.
20
Teknologisk Institut
4. Hvad er SCOP?
SCOP er en ny metode til værdisætning af varmepumpers effektivitet. SCOP blev præsenteret i forbindelse med standarden DS/EN 14825 ”Klimaanlæg, væskekølere og varmepumper med eldrevne kompressorer til rumopvarmning og rumkøling – Prøvning og
effektmåling under delbelastning samt beregning af sæsonbestemt ydeevne”.
Kort beskrevet er SCOP:
”Seasonal Coefficient Of Performance. Et udtryk for effektiviteten af den
givne varmepumpe beregnet ud fra et fiktivt årligt driftsmønster. SCOP beregnes på baggrund af flere testpunkter med varierende dellaster og fremløbstemperaturer der spejler en årsprofil for udetemperaturer med tilhørende varmebehovskurve og elforbrug som ikke direkte er relateret til drift”
/9/ (redigeret)
Værdisætningen SCOP danner udgangspunkt for europæiske minimumskrav (i forbindelse med Ecodesign arbejdet) og energimærkning for varmepumper. Nye krav fastsat
via SCOP og et nyt energimærke for luft/luft varmepumper blev introduceret 1. januar
2013, og 26. september 2015 følger krav og energimærke for varmepumper til rumopvarmning med væskebaserede varmeanlæg.
Grundlæggende består SCOP beregningsmetoden i en opdeling af varmesæsonen i forskellige ”bins” (delberegninger). Hver bin dækker et udetemperaturinterval af bredden 1 K.
Disse bins er lagt ud efter udetemperaturerne i varmesæsonen, hvortil der tilskrives et vist
timeantal og varmebehov [kW] til opvarmning af bygningen ved den givne udetemperatur.
Varmebehovet er varmeeffekten, som varmepumpen skal levere, og det afhænger af udetemperaturen og vil derfor være stigende ved lavere udetemperaturer. Varmepumpen vil
enten opfylde hele varmebehovet, her er varmepumpen i dellast, eller varmepumpen kører
i fuldlast og suppleres af backupvarme (typisk en el-patron). Varmepumpen arbejder under
forskellige last- og temperaturforhold. Dette afspejler sig i varmepumpens COP. Da både
timeantallet og varmebehovet kendes for en given udetemperatur, kan den samlede varmeproduktion [kWh] for at opretholde indetemperaturen beregnes for en given udetemperatur. Det nødvendige energiinput til at levere denne samlede varmeproduktion kan nu
findes via COP-værdien ved hver af disse udetemperaturer. Den over året samlede varmeproduktion sættes nu i forhold til det samlede energiinput, og en årlig effektivitet for den
varmeproducerende drift med varmepumpen kan findes. Denne årlige effektivitet for varmepumpen ved varmeproducerende drift (SCOPon) korrigeres nu for en række øvrige driftstilstande, hvor varmepumpen ikke direkte producerer varme. Herved kan SCOP beregnes.
Grundlaget for SCOP beregningen er vist i Figur 5. Her ses de forskellige ”bins” (ved de
enkelte udetemperaturer) og både varmebehovet og antallet af timer ved hver udetemperatur. Udetemperaturen er ved opgørelsen af antal timer i de enkelte bins afrundet til
heltalsværdier.
21
Teknologisk Institut
Figur 5: Eksempel på varmebehov og timeantal i hver bin afhængig af udetemperaturen.
4.1.
Klimazoner
Da klimaet varierer i forskellige dele af Europa, kan man vælge at udregne SCOP i tre
forskellige klimazoner. Disse er beskrevet ved:



Average svarende til Strasbourg ”A”
Warmer svarende til Athen ”W”
Colder svarende til Helsinki ”C”
I den europæiske energimærkningsordning er det for luft/luft varmepumper obligatorisk
at oplyse SCOP, energiklasse, effekt og årligt energiforbrug for Average klimaprofilen. Det
er for luft/luft varmepumper frivilligt at oplyse data for andre klimazoner. For varmepumper til væskebaserede varmeanlæg skal energiklassen for produktet i Average klima oplyses sammen med effektivitet ved samtlige klimazoner. Ligeledes er minimumskravet baseret på SCOP for Average profilen.
22
Teknologisk Institut
Antallet af timer i hver bin for hver af klimazonerne er vist i følgende figur:
600
500
400
Average (A)
300
Warmer (W)
200
Colder (C)
100
0
-30
-20
-10
0
10
20
Udetemperatur [˚C]
Figur 6: Fordeling af antal timer ved de forskellige udetemperaturer for de tre
klimazoner Average, Warmer og Colder.
Det samlede antal timer i varmesæsonen varierer for hver af de tre klimazoner, hvor Average har 4910 timer, Warmer har 3590 timer, og Colder har 6446 timer.
Den klimazone, der bedst repræsenterer danske forhold, er Average svarende til udetemperaturfordelingen i Strasbourg. I følgende figur ses en sammenligning af danske temperaturforhold og temperaturerne i Strasbourg.
500
400
300
DRY Strasbourg
200
DRY Danmark
100
0
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Udetemperaturer [˚C]
Figur 7: Standardiserede temperaturvariationer for Strasbourg og Danmark
Klimazonen Average er designet med udgangspunkt i temperaturfordelingen for Strasbourg. Tidligere studier /10/ har påvist, at dette temperaturprofil stemmer fint overens
med temperaturprofilet for det danske standard reference år /11/. Da den danske temperaturfordeling ligger meget op ad denne, vil Average temperaturprofilen således være repræsentativ for danske forhold.
23
Teknologisk Institut
4.2.
Testtemperaturer
Til beregning af SCOP skal varmepumpen testes ved en række temperatursæt, som refererer til udetemperaturerne i standarden DS/EN 14825 /1/. Udetemperaturerne er i Tabel
5 vist for Average, Warmer og Colder klimazonerne for de forskellige testpunkter (se Figur 8) Den reelle testtemperatur, hvorunder varmepumpen testes ved udetemperaturerne, kan være anderledes. For luft/luft og luft/vand varmepumperne vil testtemperaturen være lig udetemperaturen, men for en væske/vand varmepumpe vil testtemperaturen være sat til temperaturen i en jordslange (0 oC). De forskellige testpunkter for væske/vand varmepumpen vil dog fortsat referere til udetemperaturen.
Det er vigtigt, at den testtemperatur, som varmepumpen testes under, kan relateres til
udetemperaturen, da det er udetemperaturen, der indikerer det varmebehov, som varmepumpen skal opfylde.
Punkt
A
B
C
D
Tbivalent
TOL
Average
Warmer
Colder
-15 ˚C*
-7 ˚C
-7 ˚C
2 ˚C
2 ˚C
2 ˚C
7 ˚C
7 ˚C
7 ˚C
12 ˚C
12 ˚C
12 ˚C
Temperatur, hvor varmepumpens varmeeffekt alene (uden elpatron) netop kan opfylde varmebehovet**
Nedre temperaturgrænse for varmepumpen***
Tabel 5: Udetemperaturer for SCOP test.
* Testpunktet for -15 °C skal kun udføres, hvis der beregnes SCOP for Colder klimazonen.
** Tbivalent beskrives nærmere i følgende afsnit. Producenten skal oplyse denne værdi.
*** Temperature Operating Limit (TOL) beskriver den laveste temperatur, hvorved varmepumpen kan fungere. Producenten skal ligeledes oplyse denne værdi for varmepumper
med luft som varmekilde.
Temperaturniveauet, ved hvilket varmepumpen leverer varmen under test, kan være forskelligt. Følgende fire niveauer er mulige i henhold til standarden DS/EN 14825:
•
•
•
•
Low temperature
Medium temperature
High temperature
Very high temperature
35
45
55
65
˚C
˚C
˚C
˚C
Der stilles europæiske minimumskrav ved low og high temperature niveauet, og det er
ligeledes muligt at energimærke varmepumpen i henhold til disse to niveauer.
24
Teknologisk Institut
4.3.
Varmeproduktionsbehov i varmesæsonen til brug for beregning af SCOP
Varmebehovskurven, som definerer varmebehovet til en given temperatur og som varmepumpen skal opfylde i SCOP beregningen, defineres af design varmeeffekten for varmepumpeløsningen (Pdesignh) (inkl. El-patronen) ved design udetemperaturen (Tdesignh),
som afhænger af den valgte klimazone. Design udetemperaturen for de valgte klimazoner
er vist i tabellen herunder.
Average
-10 ˚C
Warmer
2 ˚C
Colder
-22 ˚C
Tabel 6: Design udetemperaturen Tdesignh for de tre klimazoner (DS/EN 14825)
Pdesignh er et udtryk for den varmeeffekt, som den samlede varmepumpeløsning skal
kunne levere ved design temperaturen til dækning af rumvarmebehovet. Det vil sige, når
varmepumpens termodynamiske kredsproces kører ved fuldlast med evt. backupvarme i
form af f.eks. en el-patron.
Design varmeeffekten (Pdesignh) ved design udetemperaturen (Tdesignh) kan af producenten deklareres frit, så længe at kravet til Tbivalent (definition herpå senere) listet i
Tabel 8 overholdes.
Pdesignh har indflydelse på den beregnede værdi af SCOP, idet varmebehovskurven flyttes
op ved en højere Pdesignh og ned ved en lavere Pdesignh. Varmebehovet vil altså afhænge
af hvor stor en samlet varmeeffekt den samlede varmepumpeinstallation har. Behovskurven er en ret linje afhængig af udetemperaturen, der går gennem det definerede design
varmeeffekt Pdesignh ved design udetemperaturen og et varmebehov og dermed en varmeffekt varmepumpeløsningen skal levere på 0 kW ved en udetemperatur på 16 °C.
Det deklarerede Pdesignh vil blive vist på de kommende europæiske energimærker og kan
derved blive et pejlemærke for forbrugeren i forhold til at vælge den rigtige størrelse varmepumpe. For luft/luft varmepumper vil SCOP endvidere også blive vist. For alle energimærkede varmepumper vil SCOP blive indirekte vist i form af den opnåede energiklasse.
Producenten skal derfor forholde sig til, at Pdesignh både bruges til at beskrive varmepumpens størrelse, har indflydelse på værdien af SCOP, og at forbrugeren direkte eller indirekte
kan se denne information via energimærket.
Varmebehovet for de resterende udetemperaturer, og herved de resterende testpunkter,
bestemmes ud fra Pdesignh ved design temperaturen. For hvert testpunkt vil varmepumpen køre i en procentvis last, der er givet ved udetemperaturen set i forhold til design
temperaturen. Ved lave udetemperaturer kører varmepumpen ved højere procentvis last
end ved højere udetemperaturer. Dette gøres for at simulere et fiktivt, men realistisk
varmebehov, der er lineært afhængig af udetemperaturen. Den procentvise last for den
givne udetemperatur afspejler et temperaturprofil for Strasbourg.
Procentsatser af varmebehovet i de forskellige testpunkter set i forhold til Pdesignh ses i
Tabel 7. De forskellige testpunkter er vist i Tabel 5 og svarer derfor også direkte til en
normal udetemperatur variation for Danmark.
25
Teknologisk Institut
Punkt
A
B
C
D
Average
88
54
35
15
Warmer
%
%
%
%
100 %
64 %
29 %
Colder
(82 %)
61 %
37 %
24 %
11 %
Tabel 7: Andel af design varmebehov (Pdesign) i de forskellige
testpunkter (dvs. den procentuelle dellast), som benyttes til at bestemme effekten
i de forskellige dellastpunkter for test af varmepumpen. Værdierne er afrundet.
Det er vigtigt at understrege, at disse andele (dellaster) ikke beskriver dellast andelen af
varmepumpens termodynamiske kredsproces under fuldlast. De beskriver i stedet en belastningsandel i forhold til Pdesignh, som angiver, hvor meget den samlede varmpumpeløsning kan levere, dvs. den termodynamiske kredsproces ved fuldlast inkl. evt. backupvarme ved designtemperaturen.
Figur 8 viser en behovskurve for Average klimazone lagt ud efter en Pdesignh for de forskellige testpunkter vist i Tabel 5 og Tabel 6. I overensstemmelse med disse tabeller er
udetemperaturerne og det relative varmebehov (se Tabel 7) af Pdesignh vist.
Figur 8: Definition af varmebehovskurven ud fra Pdesignh som funktion af
udetemperaturen for Average klimazonen. Grafen viser procentuelle dellast på
y-aksen og udetemperatur på x-aksen.
26
Teknologisk Institut
For de forskelige udetemperaturer kan der endvidere udarbejdes en fuldlast kapacitetskurve for den termodynamiske kredsproces. Denne er uafhængig af behovskurven vist i
Figur 8. Der, hvor den termodynamiske kredsproces’ fuldlast kapacitet netop svarer til
varmebehovet, kaldes det bivalente punkt (Tbivalent). Ved udetemperaturer under det
bivalente punkt skal varmepumpens varmeeffekt suppleres af backup varme. I SCOP beregningen medregnes dette som ren elvarme med en COP værdi på 1, uanset om varmepumpen har el-patron eller ej. For højere udetemperaturer vil varmepumpen køre i dellast.
Dette afspejles i de testdata, som SCOP beregnes ud fra.
I teststandarden stilles der også krav til Tbivalent. Kravene er listet i Tabel 8.
Average
+2 ˚C eller lavere
Warmer
+7 ˚C eller lavere
Colder
-7 ˚C eller lavere
Tabel 8: Krav til Tbivalent for de tre klimazoner.
Driftsforholdene beskrevet ovenfor er vist i Figur 9.
Figur 9: Varmebehovskurve (varmebehovsprofil) og kapacitetskurve som funktion af
udetemperaturen for Average klimazone. Fuldlast og dellast. Udetemperaturen er vist
på x-aksen og den procentuelle dellast i forhold til Pdesignh på y-aksen.
27
Teknologisk Institut
4.4.
Beregning af SCOP
I praksis testes varmepumperne efter testforholdene markeret med en rød prik i Figur 9.
Varmepumperne testes uden backupvarme. At varmepumpen ved udetemperaturer under
det bivalente testpunkt kører i dellast afspejles af de i testpunkterne målte værdier. Ligeledes afspejles fuldlasten i de målte værdier ved udetemperaturer over det bivalente punkt.
Under testen findes en COP for hvert af de forskellige testpunkter. For temperaturer mellem de definerede testpunkter benyttes interpolerede værdier. Temperaturer ud over testpunkterne ekstrapoleres ved hjælp af de to nærmeste testpunkter.
Den fundne COP værdi samt varmeffekt fordelt på den termodynamiske kredsproces og
el-patronen for hver udetemperatur i klimazonen kan nu anvendes sammen med varmebehovet og timeantallet for hver udetemperatur (et såkaldt bin) (se Figur 5). Elforbruget
til opfyldelse af varmebehovet ved hver udetemperatur kan nu beregnes. For udetemperaturer, hvor den termodynamiske kredsproces kører ved fullast, og der er behov for
backup varme for at nå varmebehovet, lægges der et elforbrug svarende til differensen
mellem den termodynamiske kredsproces’ fuldlast effekt og varmebehovet til elforbruget
for den termodynamiske kredsproces. Dette er grundet, at backupvarmen antages at være
en el-patron med en effektivitet på 100 %.
Elforbruget opsummeres for alle bins (udetemperaturer) inklusiv nødvendig backup elvarme. Tilsvarende kendes den samlede producerede varme via varmebehovet sammenholdt med timeantallet.
I første omgang beregnes SCOPon, som er den gennemsnitlige sæson effektivitet for varmepumpen i varmeproducerende driftstilstand (dvs. normal drift inkl. evt. el-patron) i henhold til følgende formel:
𝑆𝐶𝑂𝑃𝑜𝑛 =
𝑄𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒
𝑄𝑒𝑙,𝑜𝑛
Qel,on er det samlede elforbrug af varmepumpen i den aktive varmeproducerende driftstilstand inklusiv eventuelt elforbrug af el-patron. For at beregne SCOP korrigeres SCOPon for
elforbrug til standby og andre tilstande, hvor varmepumpen har et begrænset elforbrug,
men hvor den ikke producerer varme. Disse forbrug er tillagt et fast antal timer og kan
beskrives ved enten thermostat off mode, standby mode, crankcase heater mode eller off
mode.
For yderligere information henvises til dokumentet ”Beregning af SCOP for varmepumper
efter DS/EN 14825” /16/ som er tilgængelig på Energistyrelsens hjemmeside.
28
Teknologisk Institut
5. Den kommende varmepumpeberegning
Som belyst i afsnit 3 har visse aspekter af den eksisterende varmepumpeberegning vist
sig vanskelig at anvende, f.eks. at finde den korrekte relative COP ved 50 % last. Denne
værdi vil ikke længere være et input i den kommende normale varmepumpeberegning,
hvor inputdata kun vil være baseret på testdata. Herved er der ikke behov for input baseret
på vurderinger og input vil kun være baseret på reelle testdata.
5.1.
Anvendelse af SCOP testdata til udarbejdelse af sammenhænge for varmepumpeydelsen
Udgangspunktet for den kommende varmepumpeberegning i Be10 bliver de testdatasæt,
der ligger til grund for beregningen af SCOP (for eksempel på SCOP testrapport se Bilag
1). SCOP begrebet bliver blandt andet benyttet i forbindelse med forordningen angående
energimærkning (forordning nr. 811/2013 af 18. februar 2013 /12/) og forordningen angående miljøvenligt design (Ecodesign) (forordning nr. 813/2013 af 2. august 2013 /13/)
for anlæg til rumopvarmning. Ifølge forordningen for ”krav til miljøvenligt design for anlæg til rumopvarmning” skal brugsanvisninger til installatører og slutbrugere samt websteder med gratis adgang tilhørende producenterne, deres autoriserede repræsentanter
og importører indeholde det fulde SCOP datasæt. Dette betyder, at data svarende til de i
Bilag 1 viste data skal være tilgængelige.
Figur 10 viser inputdata for en luft/vand varmepumpe (de forskellige inputs under ”INDDATA” og anvendelsen heraf forklares i de følgende afsnit). Inputdataene er stillet op, så
de kan aflæses direkte fra en SCOP rapport, som vist i Bilag 1. Det endelige design af inputfladen kan være anderledes.
INPUT
ANGIV VARMEPUMPETYPE
Luft
Radiatorvarme / VBV (55 C)
Gulvvarme (35)
Luft
Jord
Andet
Angiv hvorledes varmeafgiversystemet er varmluftanlæg, radiatorvarme
eller gulvvarme - sæt kryds
x
x
Angiv varmekilden - luft, jordvarme eller andet
Varmepumpetype indtastet
Varmeafgiversystem: Gulvvarme
Varmekilde: Luft
Luft/vand varmepumpe til gulvvarme
Pdesign
9,048
VBV - Temperatur
Maksimal dækningsgrad (VBV)
Maksimal driftsandel til VBV produktion
55
1
0,5
INDDATA
Temperatur
Effekt (målt)
Referencetemperatur -7
Referencetemperatur 2
Referencetemperatur 7
Referencetemperatur 12
Bivalent punkt
Temperature operating limit - TOL
Designtemperaturen - Tdesign
-7
-10
-10
COP (målt)
8
6
4
3,8
3,26
4
4,91
5,5
8
7
7
3,26
2,6
2,6
Energiforbrug resterende drift-modes:
Off-mode (kW)
Thermostat off (kW)
0,005
0,01
0,05
0
Standby (kW)
Crankcase heater (kW)
Figur 10: Eksempel på varmepumpe data input til Be10 beregningen. (udsnit af Excel
model af kommende VP beregning i Be10)
29
Teknologisk Institut
5.1.1.
Anvendelse i forbindelse med rumvarme
I Figur 10 skal først varmepumpetypen angives. Dette gøres ved at krydse af i de rigtige
felter. For at data kan anvendes i forbindelse med den kommende varmepumpeberegning baseret på SCOP, skal de være bestemt i overensstemmelse med standarden DS/EN
14825 /1/. For at en varmekilde kan behandles i den kommende beregning, skal denne
altså have en temperaturprofil, der er behandlet i standarden DS/EN 14825. Dette er
ikke tilfældet for alle varmekilder og varmepumpetyper. Hvis ”andet” derfor krydses af,
vil beregningen skifte til den ”gamle” (nuværende) beregningsmetode. ”Andet” skal også
krydses af ved anvendelse af en af de i praksis sjældent anvendte varmekilder, som er
behandlet i DS/EN 14825.
Varmepumpen skal være testet under testkategorien variabelt fremløbstemperatur til
varmeanlægget. Såfremt dette ikke er tilfældet, skal ”andet” krydses af, og den nuværende varmepumpemodel benyttes. Såfremt SCOP data foreligger (enten variabelt eller
fast fremløbstemperatur) og varmepumpen skal indtastes i den nuværende model, skal
data indtastes som angivet i afsnit 6.1.
For at kunne anvende SCOP testdata som input til modellen er det vigtigt, at varmepumpen er korrekt dimensioneret i henhold til ”Varmenormen”, dvs. standarden DS 469.
Dette sikrer, at varmepumpens dimensioneringsgrundlag i videst muligt omfang ligner de
testforhold, der ligger til grund for SCOP testen og hermed også den måde, hvorpå den
kommende varmepumpeberegning regner.
Det er vigtigt, at de rigtige testdata benyttes for den givne anvendelse. Det vil sige, at
hvis en varmepumpe benyttes i forbindelse med et radiatorsystem med et fremløb på 55
o
C, skal testdata i designpunktet også have en fremløbstemperatur på 55 oC. Tilsvarende
er gældende, hvis varmeanlægget er et gulvvarmesystem med en fremløbstemperatur på
35 oC. I dette tilfælde skal testdata med en fremløbstemperatur på 35 oC i designpunktet
benyttes. Det er i den kommende beregning muligt at indtaste data for en dimensionerende fremløbstemperatur på 35, 45, 55 og 65 oC. Såfremt testdata ikke findes for den
konkrete fremløbstemperatur til varmeanlægget, benyttes den eksisterende varmepumpemodel. Se nærmere i afsnit 6.
Specielt for væske/luft varmepumper: Det er besluttet ikke at behandle denne type varmepumpe i den kommende beregning. Standarden DS/EN 14825 forudsætter en indblæsningstemperatur (tillufttemperatur) på 20 oC for denne type varmepumpe, altså
samme temperatur som er forudsætningen i SBi anvisning 213 /2/ for varmepumper
knyttet til ventilationsanlæg, såfremt anlægget betjener flere rum med samme indblæsningstemperatur. Såfremt denne type varmepumpe ønskes til opvarmning af bygningen,
foreligger der altså ikke testdata, hvor indblæsningen sker ved overtemperatur med henblik på opvarmningsformål.
Varmepumper, der udnytter restvarmen i afkastluft fra ventilationsanlæg: Denne type
varmepumpe kan ikke behandles, da der ikke foreligger et temperatursæt relateret hertil
i standarden DS/EN 14825.
Figur 11 viser testdata inputtet for luft/vand varmepumpen fra Figur 10 indtastet i de forskellige testpunkter. Til de forskellige testpunkter er der relateret driftsforhold, der er
30
Teknologisk Institut
gældende for punkterne ifølge standarden DS/EN 14825. Se afsnit 4 for en uddybende
forklaring herfor.
Hvert testpunkt er defineret af en referencetemperatur, en dellast, en temperatur over
kondensatoren (varm side), og en temperatur over fordamperen (kold side). Den reelle
fordampningstemperatur og kondenseringstemperatur er ikke relevant, da varmepumpen
blot justerer sig ind i forhold til de temperaturer, der omgiver varmevekslerne. Referencetemperaturen er den udetemperatur, som testpunktet refererer til. Denne udetemperatur er tidligere blot omtalt som udetemperaturen. For luft/vand varmepumper vil temperaturen over fordamperen i testpunktet og udetemperaturen (referencetemperaturen)
være den samme. For væske/vand varmepumper er dette ikke tilfældet, da temperaturen over fordamperen vil være givet af en jordslangekreds (indløbstemperaturen til bygningen), hvis temperaturprofil er anderledes end udetemperaturprofilen. I forbindelse
med f.eks. en væske/vand varmepumpe indtastes data dog stadig i henhold til referencetemperaturen, da beregningsmodellen indeholder de reelle testtemperaturer, som varmepumpen arbejder under, og giver disse som input til den videre beregning.
Behandling af inddata for LUFT/VAND varmepumpen
Test punkter
A
B
Referancetemp. Ude [˚C]
Temp kold side [˚C]
Temp varm side [˚C]
Varmeydelse (measured) [kW]
Tilført effekt (measured) [kW]
COP (measured)
Procentvis last [%]
Effekt iht. standard [kW]
Beregnnigsteknisk effekt/ydelse [kW]
Degredation factor
Capacity ratio
COP at partload
C
D
(Tdesign) E
-7
-7
34
8,0
2,45
3,26
88
7,96224
7,96224
0,995925
1
3,26
2
2
30
6,0
1,50
4,00
54
4,88592
6
0,993333333
0,81432
3,99
7
7
27
4,0
0,81
4,91
35
3,1668
4
0,987725
0,7917
4,89
12
12
24
3,8
0,69
5,50
15
1,3572
3,8
0,985526316
0,357157895
5,36
-10
35,3
7,00
2,69
2,60
100
9,048
7
0,996285714
1
2,60
41
8,0
2,5
3,26
28
6,0
1,5
4
20
4,0
0,8
4,91
12
3,8
0,7
5,5
45,33333333
7,0
2,7
2,6
-10
(Tbivale
nt) F
-7
-7,00
34,0
8,00
2,45
3,26
Som funktion af temperaturdifferensen
Delta_T
Ydelse [kW]
Tilført effekt [kW]
COP
12,0
10,0
Effekt
Effekt / COP
8,0
COP
"Effekt 12-20"
6,0
"Effekt 20-28"
4,0
"Effekt 28-41"
2,0
"COP 12-20
"COP 20-28"
0,0
0
-2,0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
"COP 28-41"
Temperaturdifferens
Figur 11: Eksempel på testdata for luft/vand varmepumpe og sammenhæng
mellem temperaturdifferencen (x-aksen) og COP/effekten (y-aksen).
Det ses i Figur 11, at referencetemperaturen (udetemperaturen) er lig temperaturen over
fordamperen (”temp kold side”). Havde den indtastede varmepumpe været en væske/vand varmepumpe, havde den reelle temperatur, som under testen er over fordamperen (”temp kold side”), været 0 oC for samtlige testpunkter, da denne afspejler temperaturen i en kold jordslangekreds. Foruden de allerede nævnte faktorer er bl.a. COP også
angivet for de forskellige punkter. De resterende oplyste data er relateret til tilpasning af
testdata, der ikke stemmer overens med de i standarden DS/EN 14825 givne driftsforhold, da ikke alle varmepumper nødvendigvis ”rammer” disse driftsforhold. Hvorfor de
ikke ”rammer” driftsforholdene kan være relateret til de tekniske løsninger, styring, systemudformning, etc. og afspejler ikke nødvendigvis om produktet er ”godt” eller ”dårligt”. De beregningsdata, der ikke er vigtige for forståelsen, er markeret med gråt.
31
Teknologisk Institut
Under ”som funktion af temperaturdifferensen” i Figur 11 ses Delta_T, som angiver temperaturdifferencen mellem temperaturen over kondensatoren (”temp varm side”) og fordamperen (”temp kold side”). Grafen i Figur 3 angiver sammenhængen mellem temperaturdifferencen og henholdsvis effekten og COP.
Temperaturdifferensen er vigtig. De driftsforhold, der testes under i standarden
DS/EN 14825, er statiske og afspejler ikke alle de driftsforhold, som afspejles i de dynamiske beregninger i Be10. Ved test bestemmes effekten og COP i afhængighed af temperaturdifferensen, og denne effekt og COP kan da via modeller relateres til temperaturdifferenser beregnet for andre driftssituationer i Be10. Temperaturdifferensen beregnet i
Be10 vil være givet af en fremløbstemperatur for et væskebaseret varmeanlæg (eller en
afkastlufttemperatur for et luftbaserede varmeanlæg) set i forhold til temperaturen på
den kolde side (temperatur af udeluft eller brine). Disse beregninger vil blive præsenteret
nærmere i afsnit 5.2.1.
Dellaster og temperaturniveauer af den kolde og varme side for en given temperaturdifferens under test vil ikke nødvendigvis stemme helt overens med de dellaster og temperaturniveauer som en given temperaturdifferens beregnet i Be10 relaterer til. Dog, hvis
varmepumpen er dimensioneret korrekt, og hvis varmepumpens anvendelsestemperatur
(dimensionerende fremløbstemperatur) er lig den anvendte i testen, viser indledende beregninger, at de overordnede resultater har god overensstemmelse.
I tabellen i Figur 11 ses det, at testpunkterne går til og med 100 % last. Den procentvise
last indikerer den ønskede effekt set i forhold til den effekt, som varmepumpen er designet til at levere ved -10 oC (Pdesign). Ved 100 % last skal den termodynamiske kredsproces for varmepumpen køre ved fuldlast, og backupvarmen være tændt. Herved leverer det samlede varmepumpeløsning ved 100 % last. Den procentvise last ved en referencetemperatur angiver altså den leverede effekt set i forhold til den samlede effekt af
varmpumpens termodynamiske kredsproces inklusiv backupvarme ved -10 oC.
Varmepumpen designes normalt efter, at den termodynamiske kredsproces under fuldlast uden backupvarme opfylder varmebehovet ved en udetemperatur på -7 oC, jf. krav i
DS 469 /14/, som der refereres til i Bygningsreglementet. Den udetemperatur, hvor varmepumpen kan dække varmebehovet uden el-patron, kaldes den bivalente temperatur
(Tbivalent) eller referencetemperaturen. Den bivalente temperatur kan dog variere og
skal ifølge teststandarden DS/EN 14825 blot være under 2 oC.
Det designmæssige udgangspunkt og det bivalente punkt er illustreret i Figur 12, der viser den gennemgåede teori for SCOP (se afsnit 5). Den lilla graf i Figur 12 indikerer varmepumpens termodynamiske kredsproces, der kører ved fuldlast, og den grønne graf viser varmebehovet. Det bivalente punkt ses, hvor de to grafer krydser hinanden. Ved lavere temperaturer end det bivalente punkt suppleres der med el-patron (det rødt skraverede område), og til højre er varmepumpen i dellast (følger den grønne graf). De røde
punkter indikerer de forskellige testpunkter under testen, hvor Tdesign er punktet, hvorudfra effekten af det samlede system (inkl. el-patron) bestemmes. I dette tilfælde er det
bivalente punkt sammenfaldende med et af testpunkterne.
32
Teknologisk Institut
Figur 12: Illustration af sammenhængen mellem dellast og fuldlast.
(Punktet Tbivalent er i dette tilfælde sammenfaldende med et testpunkt). Figuren viser
procentuel dellast på y-aksen og udetemperatur og testpunkter på x-aksen.
Når varmepumpen testes, sker dette altid uden backupvarmesystem. Modellens input
data skal altså være uden backupvarme. De i Figur 11 listede testdata for referencetemperaturen -10 oC (Tdesign) afspejler altså varmepumpens termodynamiske kredsproces
ved fuldlast uden backupvarme. Tilsvarende afspejler testresultatet for det bivalente
punkt (i dette tilfælde referencetemperaturen –7 oC) ligeledes varmpumpens termodynamiske kredsproces ved fuldlast uden backupvarme. På baggrund af testdata for de to referencetemperaturer -7 oC og -10 oC er det muligt at lave et formeludtryk for effekten,
som varmepumpens termodynamiske kredsproces yder ved fuldlast uden backupvarme
som funktion af temperaturdifferencen mellem kondensatoren og fordamperen. Ligeledes
kan der konstrueres et udtryk for COP for varmepumpens termodynamiske kredsproces
ved fuldlast uden backupvarme som funktion af temperaturdifferencen mellem kondensatoren og fordamperen.
Testpunkterne for referencetemperaturerne over det bivalente punkt udtrykker drift med
varmepumpen i dellast. Derfor er det muligt via testdata over det bivalente punkt at
skabe formeludtryk for COP som funktion af temperaturdifferencen mellem kondensatoren og fordamperen. Dette formeludtryk udtrykker altså COP for varmepumpen, når
denne kører i dellast uden backupvarme. Det er ikke nødvendigt at konstruere formelsammenhænge for effekten som funktion af temperaturdifferencen, da varmepumpen er i
dellast og derfor altid kan levere effekten. Der er flere testdata, hvor varmepumpen kører i dellast, når varmpumpen testes ifølge standarden DS/EN 14825. Derfor laves der
33
Teknologisk Institut
stykvise formelsammenhænge imellem de i testdataene givne temperaturdifferencer for
herved mere præcist at kunne beregne COP for andre temperaturdifferencer.
Hvorledes ovenstående formler bruges i Be10 beregningen og hvorledes skiftet imellem
fuldlast og dellast rent regneteknisk er sat op i disse beregninger præsenteres i afsnit
5.3.
5.1.2. Anvendelse i forbindelse med varmt brugsvandsproduktion
Anvendelsen af SCOP data er anderledes og noget mere simpel i dette tilfælde, da behovet
for varmt brugsvand eller temperaturen af det varme brugsvand ikke ændrer sig over året.
Hvorledes SCOP data benyttes til at beregne energiforbruget i forbindelse med varmeproduktion af det varme brugsvand præsenteres i afsnit 5.3.2.
5.2.
Beregning af varmebehov med højere opløsning
Be10 beregner i dag en nødvendig varmeproduktion fordelt på rumopvarmning og varmt
brugsvand pr. måned. Denne månedlige nødvendige varmeproduktion (kWh) omregnes
til et gennemsnitligt nødvendigt varmebehov (kW) pr. måned. De forskellige opvarmningsteknologier dækker dette varmebehov ud fra en prioriteringsrækkefølge af de forskellige opvarmningsteknologier. For eksempel kommer solvarme før varmepumper i
denne prioriteringsrækkefølge, mens varmepumper kommer før kedler osv. Opvarmningsteknologien med den højeste prioritet dækker først varmebehovet til brugsvand og
rumvarme, og såfremt denne opvarmningsteknologi ikke kan producere tilstrækkelig
varme dækkes det resterende varmebehov af den næste prioriterede teknologi. Der beregnes altså et månedligt varmebehov fordelt på rumopvarmning og varmt brugsvand.
Varmebalancen i Be10 beregnes et andet sted i Be10 modellen, og det er derfor ikke muligt at få en nødvendig varmeproduktion til varmepumpeberegningen med en højere opløsning end månedligt. I det følgende er det vist, hvorledes den kommende varmepumpeberegning vil blive foretaget på timebasis.
5.2.1.
Rumopvarmning
Som beregningen er nu, beregnes ud fra den nødvendige varmeproduktion et gennemsnitligt månedligt varmebehov i forhold til en gennemsnitlig udetemperatur for den givne
måned. En varmepumpes effektivitet er stærkt afhængig af udetemperaturen, og blot dét
at benytte en gennemsnitlig udetemperatur pr. måned medfører, at varmepumpens varierende effektivitet under reelle forhold ikke afspejles. Ligeledes er der et højere varmebehov, når udetemperaturerne er lave, og varmepumpens effektivitet er derfor ofte lav.
Dette afspejles heller ikke i den nuværende beregning. Som indikeret i Figur 5 er det ligeledes nødvendigt at tage højde for timefordelingen i forhold til udetemperaturen for at
beregne det realistiske årlige energiforbrug.
For bedre at afspejle den temperaturmæssige indflydelse på effektiviteten, varmebehovet
og det endelige energiforbrug til varmeproduktionen er det altså nødvendigt med en højere opløsning i beregningerne, som medtager de reelle temperaturvariationer over månederne og samtidigt relaterer et timeantal ved de forskellige udetemperaturer.
34
Teknologisk Institut
Dette er gjort ved først at finde antallet af timer ved de forskellige udetemperaturer over
månederne. Udetemperaturerne er afrundet til heltal. Denne fordeling ses i Figur 13.
Figur 13: Timefordeling af udetemperaturer pr. måned. Figuren viser udetemperatur [°C]
på x-aksen og antal timer ved den givne temperatur på y-aksen.
Disse timefordelinger vægtes efter en lineær vægtningsfaktor, som svarer til dem, der
anvendes i standarden DS/EN 14825. Denne vægtningsfaktor vægter timerne ved lavere
temperaturer højere end timerne ved højere temperaturer og afspejler altså, at der er et
højere varmebehov i koldere perioder. Vægtningsfaktoren ses i Figur 14. Der foretages
linærer vægtning, som afspejler forskelle i varmebehovet ved de forskellige udetemperaturer i referenceåret DRY /11/. Vægtningsfaktoren er 1 ved -20 °C og 0 (i dette tilfælde)
ved 16 °C og her kaldt ”cut-off” temperaturen. Cut-off temperaturen sættes automatisk 4
K lavere end den dimensionerende rumtemperatur, da varmesupplement fra solindfald,
elektriske apparater, varmeafgivelse fra mennesker etc. supplerer de sidste 4 K i bygningen op til den ønskede rumtemperatur.
Figur 14: Den benyttede lineære vægtningsfaktor i afhængighed af udetemperaturen. Figuren viser udetemperatur på x-aksen og procentvis fordelingsnøgle på y-aksen.
Ved at benytte den lineære vægtningsfaktor fremkommer en vægtet timefordeling, som
vist i Figur 15.
35
Teknologisk Institut
Figur 15: Vægtet timeantal (y) versus udetemperaturen (x) for en given måned.
Vægtningsfaktoren spænder over samtlige udetemperaturer, hvor der er et behov for
varmeproduktion. Figur 15 afspejler at vægtningsfaktoren bliver 0 (”cut-off”) ved 16 oC
udetemperatur, selvom den ønskede rumtemperatur er 20 oC (i dette tilfælde).
Det vægtede timeantal for de forskellige måneder kan ikke relateres. Vægtningsfaktoren
er en funktion af udetemperaturen og er den samme for alle månederne. Fordelingerne
for måneder med lave udetemperaturer vil altså relativt set blive vægtet højere end måneder med højere udetemperaturer. Hver måned skal derfor ses isoleret. Et eksempel på
forskellen mellem ikke-vægtede og vægtede timer er vist i Figur 16.
36
Teknologisk Institut
Figur 16: Forskellen på ikke-vægtede og vægtede timefordeling for januar måned.
Figuren viser udetemperatur på x-aksen og timefordeling på y-aksen.
I Figur 16 ses det, hvordan det vægtede timeantal relativt set vægter lavere udetemperaturer højere.
En fiktiv nødvendig varmeproduktion, som varmepumpen skal dække, er vist i følgende
tabel:
Opvarmning
VBV
I alt
VP dækningspotentiale af netto varmebehov i MWh
jan
feb
mar
apr
maj
jun
jul
2,30 1,94
1,66
0,89
0,06
0,00
0,00
0,24 0,22
0,24
0,23
0,24
0,23
0,24
2,54 2,16
1,90
1,12
0,30
0,23
0,24
aug
0,00
0,24
0,24
sep
0,05
0,23
0,28
okt
0,60
0,24
0,84
nov
1,37
0,23
1,60
dec
2,07
0,24
2,30
Figur 17: Eksempel på varmepumpe dækningspotentiale af netto nødvendig varmeproduktion i Be10 (MWh). Input til varmepumpemodellen som resterer fra højere prioriterede varmekilder i Be10.
Den nødvendige varmeproduktion gives i Be10 som input, efter at de højere prioriterede
varmekilder (f.eks. solfangere) har leveret mest mulig varme. Den nødvendige varmeproduktion er, hvad bygningen i Be10 har behov for af opvarmning fra varmepumpen.
Det er nu muligt at fordele varmeproduktionen på hver udetemperatur ved at tage ovenstående samlede varmeproduktion pr. måned og dividere med det summerede vægtede
timeantal pr. måned for efterfølgende at gange med det til hver udetemperatur relaterede vægtede timeantal. Formlen ser ud som følger:
𝑄𝑜𝑝𝑣𝑎𝑟𝑚.,𝑡𝑒𝑚𝑝.,𝑚𝑑 =
𝑄𝑜𝑝𝑣𝑎𝑟𝑚.,𝑚𝑑 ∗𝑛𝑣æ𝑔𝑡𝑒𝑡,𝑡𝑒𝑚𝑝.,𝑚𝑑
𝑛𝑣æ𝑔𝑡𝑒𝑡,𝑚𝑑
°𝐶
hvor 𝑛𝑣æ𝑔𝑡𝑒𝑡,𝑚𝑑 = ∑20
𝑇=−∞ 𝑛𝑣æ𝑔𝑡𝑒𝑡,𝑡𝑒𝑚𝑝.,𝑚𝑑
37
Året
10,94
2,82
13,76
Teknologisk Institut
Hvor
-
𝑛𝑣æ𝑔𝑡𝑒𝑡,𝑡𝑒𝑚𝑝.,𝑚𝑑 er det vægtede antal timer for en given udetemperatur
for en given måned [ℎ]
-
𝑛𝑣æ𝑔𝑡𝑒𝑡,𝑚𝑑 er det samlede vægtede antal timer for en måned [ℎ]
-
𝑄𝑜𝑝𝑣𝑎𝑟𝑚.,𝑚𝑑 er den samlede nødvendige varmeproduktion for den
givne måned [𝑘𝑊ℎ]
𝑄𝑜𝑝𝑣𝑎𝑟𝑚.,𝑡𝑒𝑚𝑝.,𝑚𝑑 er varmeproduktionen for en given udetemperatur for
en given måned [𝑘𝑊ℎ]
-
Når den nødvendige varmeproduktion fordeles via den vægtede timefordeling, ser den
månedlige varmeproduktion ud, som vist i Figur 18.
Figur 18: Eksempel på varmeproduktion fordelt pr. udetemperatur fordelt ud over månederne. Figuren viser udetemperaturen [°C] på x-aksen og varmeproduktion [kWh] på yaksen.
Den vægtede timefordeling gør varmeproduktionen ved lavere udetemperaturer højere,
men månedens samlede varmeproduktion forbliver det samme. Dette vil sige:
20 °𝐶
𝑄𝑜𝑝𝑣𝑎𝑟𝑚.,𝑚𝑑 = ∑ 𝑄𝑜𝑝𝑣𝑎𝑟𝑚.,𝑡𝑒𝑚𝑝.,𝑚𝑑
𝑇=−∞
Figur 18: Eksempel på varmeproduktion fordelt pr. udetemperatur fordelt ud over månederne. Figuren viser udetemperaturen [°C] på x-aksen og varmeproduktion [kWh] på yaksen. Den viste fordeling af varmeproduktion over månederne kan nu sammenlignes på
tværs af de forskellige måneder. Det ses, at varmeproduktionen for de koldere måneder
er større end varmeproduktionen i de varmere måneder. Endvidere ses det, at fordelingen af varmeproduktionen over månederne er vægtet mod de koldere temperaturer, da
der er behov for mere varme i disse dele af månederne.
38
Teknologisk Institut
Da en lineær variation af behovet for varmeproduktion i afhængighed af udetemperaturen er benyttet, kommer varmebehovet for de forskellige måneder til at se ud, som vist i
Figur 19.
Figur 19: Varmebehovet pr. udetemperatur pr. måned. Figuren viser
udetemperaturen [°C] på x-aksen og varmebehov [kW] på y-aksen.
Såfremt den lineære vægtningsfaktor ikke var benyttet, ville varmebehovet ikke ændres
som funktion af udetemperaturen. Det samme varmebehov ville altså være gældende
uafhængigt af udetemperaturen.
Varmt brugsvand
I Be10 forudsættes at der ikke er nogen forskel på forbruget af varmt brugsvand ved de
forskellige udetemperaturer, og derfor fordeles varmebehovet til opvarmning af varmt
brugsvand blot jævnt ud over de enkelte bins (dvs. ud på antallet af timer ved de forskellige udetemperaturer). Dette er vist i Figur 20.
Figur 20: Effektbehov for opvarmning af det varme brugsvand i de enkelte
måneder (ligger oven i hinanden). Udetemperaturen [°C] er vist på X-aksen
og effektbehov [kW] på y-aksen.
Varmtvandsproduktionen [kWh] vil altså fordeles over året, som vist i Figur 13.
39
Teknologisk Institut
5.3.
Beregning af energiforbrug
Med den højere ”opløsning” af varmebehovet fordelt i henhold til udetemperaturen, er det
nu muligt at foretage en mere præcis beregning af varmepumpens energiforbrug, hvor
varmepumpens varierende effektivitet og mulig afgivet varmeeffekt i højere grad kommer
til udtryk.
5.3.1.
Rumvarme
Fremløbstemperatur og temperaturdifferens relateret til udetemperaturen
Be10 er et dynamisk program, hvor fremløbstemperaturen i varmeanlægget (vandbårent) bestemmes ud fra både ønsket rumtemperatur, dimensionerende varmetab og mulig fremløbstemperatur i det givne varmeanlæg. Derfor bestemmes den ønskede fremløbstemperatur i varmeanlægget i to trin. Først beregnes det, hvor stor en andel det reelle varmebehov udgør af det dimensionerende varmebehov. Dette gøres ved at sammenligne den aktuelle udetemperatur med den dimensionerende udetemperatur (ofte 12 oC), ved hvilken den dimensionerende fremløbstemperatur til varmeanlægget er bestemt. Efterfølgende kan den resulterende fremløbstemperatur i varmeanlægget beregnes via udetemperaturen, den dimensionerende fremløbstemperatur i varmeanlægget
(ved -12 oC) og andelen, som det reelle varmebehov udgør af det dimensionerende varmebehov. Når fremløbstemperaturen kendes, kan den resulterende temperaturdifferens,
som f.eks. en luft/vand varmepumpe vil have mellem fordamper (udetemperatur) og
kondensator (fremløbstemperaturen i varmeanlægget), beregnes. For en væske/vand
varmepumpe vil temperaturdifferensen være mellem temperaturen af brinen i en jordslangekreds og fremløbstemperaturen i varmeanlægget. Temperaturen i jordslangekredsen refereres da til en udetemperatur. Der vil i beregningerne ikke blive kaldt på varme,
når udetemperaturen når ”cut-off” temperaturen, da varmebehovet her er sat til at være
nul. Fremløbstemperaturen sættes til sin maksimale temperatur, når udetemperaturen
når ned til -12 oC, da et varmeanlæg dimensioneres efter at kunne levere hele varmebehovet ned til denne temperatur. Fremløbstemperaturen holdes da efterfølgende konstant,
men temperaturdifferensen stiger stadig grundet faldende udetemperatur.
I Figur 21 ses fremløbstemperaturen til varmeanlægget (vandbårent) og temperaturdifferensen som funktion af udetemperaturen. Figur 21 afspejler altså forholdene for en
luft/vand varmepumpeløsning. Temperaturdifferensens forløb vil for en væske/vand varmepumpe være anderledes, idet variationen i brinetemperaturen er mindre.
40
Teknologisk Institut
Figur 21: Fremløbstemperatur (blå kurve) og temperaturdifferens (rød kurve, y-aksen)
som funktion af udetemperaturen for en luft/vand varmepumpe (x-aksen).
Beregning af energiforbruget i fuldlast og dellast
Når temperaturdifferensen kendes som funktion af udetemperaturen, kan tre vigtige faktorer nu sammenholdes:
- Den nødvendige varmeproduktion og det resulterende varmebehov som funktion af
udetemperaturen
- Effekten og COP for varmepumpen som funktion af udetemperaturen for fuldlast
- COP for varmepumpen som funktion af udetemperaturen for dellast
Sammenhængene for fuldlast og dellast i relation til udetemperaturen findes ud fra teorien præsenteret i afsnit 5.1 og kan sammenholdes med den i dette afsnit viste sammenhæng imellem temperaturdifferencen og udetemperaturen. Det er altså nu muligt via
SCOP inddata at beregne henholdsvis effekt og COP for fuldlast og COP for dellast samt
at relatere dette til den varierende drift for varmepumpen grundet udetemperatur-variationen over månederne.
I de følgende figurer vil tendenser blive vist som funktion af udetemperaturen for et typisk
varmepumpesystem. Dette er valgt for at kunne relatere tendenserne til udetemperaturen
direkte. Som nævnt ovenfor bliver temperaturdifferensen dog beregnet for hver udetemperatur og er et vigtigt input til beregningerne.
Ved at sammenholde den mulige effekt, som den termodynamiske kredsproces kan levere under fuldlast ved en given udetemperatur, med varmebehovet (se afsnit 5.2.1) ved
samme udetemperatur, er det muligt at beregne, hvornår varmepumpedriften skal suppleres med backupvarme (el-patron antaget som backupvarme), og hvornår denne skal
gå i dellast. Dette gøres ved at undersøge, ved hvilken udetemperatur effekten af den
termodynamiske kredsproces under fuldlast er lig varmebehovet. Dette er vist i Figur 22.
41
Teknologisk Institut
Figur 22: Fuldlast og dellast for januar måned for en typisk luft/vand varmepumpe. Udetemperaturen [°C] er vist på x-aksen og effekt [kW] på y-aksen.
Beregningen undersøger, ved hvilken udetemperatur fuldlast drift med den termodynamiske kredsproces uden supplerende opvarmning kan dække varmebehovet. For lavere
udetemperaturer suppleres den termodynamiske kredsproces under fuldlast med backupvarme og for højere temperaturer går varmepumpen i dellast.
Når varmepumpen er i dellast kan varmepumpen opfylde hele varmebehovet. Varmepumpens energiforbrug beregnes da direkte ud fra den nødvendige varmeproduktion, vist
i Figur 18, ganget med COP i dellast for den givne udetemperatur. Denne COP findes via
den tidligere gennemgåede funktion for COP i dellast som funktion af udetemperaturen
(afsnit 5.1).
Når varmepumpens termodynamiske kredsproces kører ved fuldlast, leverer denne blot
én del af den nødvendige varmeproduktion. Hvor meget varme, som varmepumpens termodynamiske kredsproces kan levere, beregnes via den tidligere gennemgåede funktion
for fuldlasteffekt for den termodynamiske kredsproces som funktion af udetemperaturen
fundet i afsnit 5.1. Energiforbruget af den termodynamiske kredsproces beregnes da ud
fra COP fundet via den i afsnit 5.1 gennemgåede funktion for COP som funktion af udetemperaturen, når den termodynamiske kredsproces kører ved fuldlast. Den resterende
del af den nødvendige varmeproduktion leveres da af backupvarme med en antaget 100
% effektivitet.
COP for den termodynamiske kredsproces kan ved meget lave temperaturer blive under
1. Når COP kommer under 1, er det mere økonomisk fordelagtigt at producere varmen
via backupvarme, såfremt denne er en el-patron (COP ≈ 1). Backupvarmen vil derfor
udelukkende levere varmen ved udetemperaturer, hvor COP bliver under 1. Dette ses i
Figur 23, der viser varmebehovet og hvad der leverer varmeeffekten for januar måned.
Figur 23 kan sammenholdes direkte med Figur 22. Det ses i Figur 23, at behovet for opvarmning i januar starter omkring 11 oC og fortsætter ned til omkring -21 oC. Ved udetemperaturer over -7 oC kører varmepumpens termodynamiske kredsproces i dellast, og
under -7 oC kører den i fuldlast. COP daler for udetemperaturer under -20 oC til under 1,
42
Teknologisk Institut
og da der fortsat er et varmebehov, leveres varmeeffekten ved lavere udetemperaturer
blot via backupvarmen (i dette tilfælde blot en el-patron).
Figur 23: Varmebehov og dækning af varmebehov med den termodynamiske
kredsproces og backupvarme hver for sig eller samlet for januar måned.
Udetemperaturen [°C] er vist på x-aksen og effekt [kW] på y-aksen.
Den nødvendige varmeproduktion for de enkelte måneder fordelt pr. udetemperatur er
vist i Figur 18. I Figur 24 er den nødvendige varmeproduktion for januar måned fordelt
pr. udetemperatur vist sammen med en indikation af, hvordan varmen produceres – via
den termodynamiske kredsproces, backupvarme eller en kombination heraf. Den nødvendige varmeproduktion vist i Figur 24 findes ved at sammenholde varmebehovet i Figur 23
med timefordelingen vist i Figur 13.
Figur 24: Nødvendig varmeproduktion og dækning af varmeproduktionen med den termodynamiske kredsproces og backupvarme hver for sig eller samlet for januar måned
fordelt pr. udetemperatur. Udetemperaturen [°C] er vist på x-aksen og varmeprodutkion
[kWh] på y-aksen.
I Figur 25 ses den nødvendige varmeproduktion for januar måned samtidigt med energiforbruget for varmepumpens termodynamiske kredsproces og el-patron.
43
Teknologisk Institut
Figur 25: Den nødvendige varmeproduktion og energiforbrug til den termodynamiske
kredsproces og el-patron for januar måned fordelt pr. udetemperatur.
Udetemperaturen [°C] er vist på x-aksen og varmeproduktion [kWh] på y-aksen.
I figuren er energiforbruget til den termodynamiske kredsproces og el-patronen separeret. En stor del af den termodynamiske kredsproces’ energiforbrug ligger ved de lavere
udetemperaturer, selvom størstedelen af varmebehovet ligger lige over 0 oC. Dette er
grundet den lave COP for varmepumpen ved lave udetemperaturer. Det stigende varmebehov, som den termodynamiske kredsproces ikke fuldt ud kan levere ved lavere udetemperaturer, nødvendiggør drift med backupvarmen. Det ses, at energiforbruget til
backupvarmen udgør et forholdsmæssigt stort energiforbrug set i forhold til varmeproduktionen herfra, hvis der sammenlignes med den termodynamiske kredsproces’ energiforbrug og dennes varmeproduktion. Når el-patronen ikke er i drift, kører varmepumpens
termodynamiske kredsproces i dellast. I denne region er COP højere, og det forholdsmæssige energiforbrug til varmeproduktionen er mindre.
Det samlede elforbrug for at producere den årlige nødvendige varme findes nu ved at
ligge elforbruget (både til varmepumpen og el-patronen) sammen for hver måned.
5.3.2.
Varmt brugsvand
Produktion af varmt brugsvand har i beregningen første prioritet. Dette betyder, at beregningen først undersøger, hvor stor en andel af tiden varmepumpen skal køre for at producere den ønskede mængde varmt brugsvand. Den mulige dækning af rumvarmebehovet
nedjusteres da i henhold til den allokerede tid til varmt brugsvandsproduktion. Dette kan i
visse tilfælde betyde, at el-patrondriften til produktion af rumvarme bliver større.
En fordeling af varmt brugsvandsbehovet (VBV) er vist i Figur 17. Som nævnt i afsnit 5.2.2
fordeles varmebehovet til produktion af det varme brugsvand jævnt ud over månederne,
da der ikke er større forskel på varmtvandsforbruget set i forhold til udetemperaturen.
Det varme brugsvand produceres ved fuldlast, da en varmt brugsvandstank ”oplades”, når
en mængde varmt brugsvand er blevet tappet fra denne. SCOP indeholder information,
der fortæller om effektiviteten og den mulige varmeeffekt under fuldlast som funktion af
udetemperaturen og hermed også temperaturdifferensen. Som nævnt i afsnit 5.1 testes
44
Teknologisk Institut
varmepumpen uden backupvarme (oftest el-patron), hvilket betyder, at SCOP testdata
inputtet til varmepumpeberegningen indeholder fuldlast data. Ved det bivalente punkt og
ved designpunktet er det fuldlastdata for effekt og COP som benyttes.
Temperaturen af det varme brugsvand gives som input til modellen (Figur 10). Denne
temperatur holdes fast hen over året, og variationen i temperaturdifferensen vil derfor blot
være grundet variationen i udetemperaturen.
Som nævnt i afsnit 5.1 er det vigtigt, at temperaturen for de anvendte testdata i designpunktet stemmer overens med den til Be10 indtastede fremløbstemperatur til varmeanlægget. Tilsvarende er tilfældet for beregningen for det varme brugsvand. Her skal de
anvendte data have samme designtemperatur som den fastsatte temperatur for det varme
brugsvand. Såfremt testdata ikke foreligger for den korrekte varmt brugsvandstemperatur,
benyttes den nuværende varmepumpemodel (se afsnit 6).
COP for hver temperaturdifferens findes på baggrund af en exergi-virkningsgrad
I den nuværende Be10 varmepumpeberegning benyttes en exergivirkningsgrad til at omregne input testdata til andre driftsforhold. I den nuværende Be10 beregning benyttes
testdata for ét punkt til at lave denne beregning. Beregningen sker som i følgende simplificerede eksempel (luft/vand varmepumpe):
Step 1.
COP ønskes bestemt ved udetemperaturen Tude = -0,5 oC:
Under testen er benyttet:
Tkold = -17 °C (inkl. ∆T = -10 K for fordampningstemperaturen i forhold til
udetemperaturen (Tude))
Tvarm = 37 °C (inkl. ∆T = 2 K for kondenseringstemperaturen i forhold til temperaturen over kondensatoren (fremløbstemperatur til centralvarmesystem))
Med følgende resultater:
COPtest = 4,0
PVP,nom,test = 5,9 kW
Step 2.
Ud fra testdata beregnes Carnot COP og exergivirkningsgraden
𝑇𝑣𝑎𝑟𝑚 + 273,15
𝑇𝑣𝑎𝑟𝑚 − 𝑇𝑘𝑜𝑙𝑑
𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡 =
=
𝜂𝑒𝑥 =
37 + 273,15
= 5,74
37 − (−17)
𝐶𝑂𝑃𝑡𝑒𝑠𝑡
𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡
45
Teknologisk Institut
=
4,0
= 0,7
5,74
Data ved udetemperatur på Tude = -0,5 oC:
Qvarme = 2.300 kWh
Tkold,ude = -10,5 °C (inkl. ∆T = -10 K for fordampningstemperaturen i forhold til
temperaturen over fordamperen (Tude))
Tfremløb = 37 °C (inkl. ∆T = 2 K for kondenseringstemperaturen i forhold til
temperaturen over kondensatoren (fremløbstemperatur til centralvarmesystem))
COP for Tude = -0,5 oC kan nu beregnes og benyttes i beregningen i Be10:
𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡,𝑇𝑢𝑑𝑒 =
𝑇𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 + 273,15
𝑇𝑓𝑟𝑒𝑚𝑙ø𝑏 − 𝑇𝑘𝑜𝑙𝑑,𝑢𝑑𝑒
=
37 + 273,15
= 6,53
37 − (−10,5)
𝐶𝑂𝑃𝑇𝑢𝑑𝑒 = 𝜂𝑒𝑥 ∗ 𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑛𝑜𝑡,𝑇𝑢𝑑𝑒
= 0,7 ∗ 6,53 = 4,57
Da der via SCOP data ligger fuldlastdata for både Tdesign og Tbivalent, kan der for hver
disse to testdata sæt regnes en exergivirkningsgrad. På baggrund af disse to exergivirkningsgrader kan der findes en lineær sammenhæng som funktion af udetemperaturen og
hermed også temperaturdifferensen mellem fordampningstemperaturen (Tkold) og kondenseringstemperaturen (Tvarm). Som i ovenstående eksempel for Tude= -0,5 oC kan en COP
beregnes for alle udetemperaturer via exergivirkningsgraden og en Carnot COP for samtlige udetemperaturer over månederne. Den lineære sammenhæng for exergivirkningsgraden som funktion af temperaturdifferensen benyttes dog i stedet for en fast exergivirkningsgrad som i ovenstående eksempel.
Varmeeffekt af varmepumpen for hver temperaturdifferens findes via SCOP
fuldlastdata effektinputtet
Varmeeffekten, som er tilgængelig fra varmepumpen ved en given temperaturdifferens,
findes ved at beregne, hvad effektinputtet til varmepumpen under SCOP-testens fuldlastpunkter ville kunne generere af varmeeffekt ved den beregnede COP for den aktuelle temperaturdifferens.
Denne beregningsmetode benyttes også i den eksisterende Be10 varmepumpeberegning
(dog kun på baggrund af ét fuldlaststestsæt). Et eksempel herfor er vist nedenfor:
46
Teknologisk Institut
Step 1 og 2.
Input data:
COPtest = 4,0
PVP,nom,test = 5,9 kW
Tude= -0,5 oC
COPTude = 4,57
Beregning af maksimal tilført varmeffekt for januar måned:
𝑃𝑒𝑙,𝑡𝑒𝑠𝑡 =
P𝑉𝑃,𝑛𝑜𝑚,𝑡𝑒𝑠𝑡
5,9
=
= 1,5 𝑘𝑊
𝐶𝑂𝑃𝑡𝑒𝑠𝑡
4
𝑃ℎ,𝑇𝑢𝑑𝑒 = 𝑃𝑒𝑙,𝑡𝑒𝑠𝑡 ∗ 𝐶𝑂𝑃𝑇𝑢𝑑𝑒 = 1,5 𝑘𝑊 ∗ 4,57 = 6,74 𝑘𝑊
Altså beregnes den maksimalt mulige varmeeffekt for en udetemperatur på -0,5 oC til 6,74
kW.
Der findes to fuldlastpunkter i SCOP testdata, som denne beregning kan foretages på baggrund af. Elinputtet varierer en smule under SCOP testen for de to fuldlastpunkter. Der
kan altså findes to varmeeffekter på baggrund af de to fuldlastpunkter og den via temperaturdifferensen beregnede COP ovenfor. En resulterende varmeeffekt findes for den aktuelle temperaturdifferens som et gennemsnit af de to.
Beregning af det samlede elforbrug
Fordelingen af varmebehovet for opvarmning af varmt brugsvand over året kendes, og
herved kendes også, ved hvilken temperaturdifferens varmen skal leveres. Den fra varmepumpen tilgængelige varmeeffekt og COP kendes ligeledes for hver temperaturdifferens.
Det er herved muligt at beregne, hvornår varmepumpen evt. skal suppleres med backupvarme og efterfølgende finde det samlede elforbrug til produktion af det varme brugsvand.
5.4.
Det endelige beregnede energiforbrug
Der er foretaget kontrolberegninger, der viser god overensstemmelse imellem den nuværende og den kommende beregning.
I beregningen af SCOP medtages også andre driftssituationer end direkte varmeproduktion. Der er her tale om:
•
Thermostat off mode – tidspunkter, hvor der ikke er varmebehov, men hvor varmepumpen er tændt
•
Crankcase heater mode – tidspunkter, hvor krumtaphuset holdes varmt
47
Teknologisk Institut
•
Standby mode – tidspunkter, hvor varmepumpeløsningen er delvist slukket og kan
reaktiveres med en fjernbetjening eller lignende
•
Off mode – tidspunkter, hvor varmepumpeløsningen er slukket og ikke kan tændes
via fjernbetjening eller en timer
Disse forskellige driftsmodes måles under test i henhold til standarden DS/EN 14825, der
ligger til grund for beregningen af SCOP.
Via testen er der altså værdifuld information omkring varmepumpens energiforbrug, som
ikke er direkte relateret til varmeproduktion. Varmepumpens styring, on/off eller inverter
styring, vil ikke være afgørende for, hvor lang tid varmepumpen vil være i ovenstående
driftsmodes.
Det er ikke muligt at beregne antallet af timer i de enkelte resterende driftsmodes, da
disse vil være produktspecifikke og afhænge af, hvorledes produkterne benyttes. Derfor
vil de resterende driftsmodes blive behandlet ud fra en vurdering af, hvor lang tid varmepumpen årligt vil være i de enkelte modes. Inspiration er hentet fra standarden DS/EN
14825, der angiver standardiserede timeantal for de resterende modes. Tidsangivelsen
for de forskellige modes vil altså være fast i beregningen og ændres ikke med inputtet.
Det endelige energiforbrug
Det endelige energiforbrug kan nu beregnes ved at addere elforbruget til produktion af
det varme brugsvand (afsnit 5.3.2) med elforbruget til produktion af den nødvendige
rumvarme (afsnit 5.3.1) og det resterende elforbrug (afsnit 5.4).
Et totalt elforbrug er nu fundet via en beregning, der i højere grad tager højde for varierende udetemperaturer og varmepumpens dynamik. Inputtet har været testdata, der ligger til grund for den europæiske energimærkning, og til hvilken der stilles krav i henhold
til Ecodesign direktiverne. Testdata for de enkelte varmepumpemodeller vil være frit tilgængelige i forbindelse med opfyldelse af ecodesignkravene og vil derfor også være frit
tilgængelige for brugere af Be10. Input til Be10 vil for varmepumper være bestemt med
stor troværdighed.
48
Teknologisk Institut
6. Den eksisterende beregningsmetode sideløbende med den kommende beregning.
Den eksisterende og den kommende varmepumpemodel vil (formentlig) begge kunne benyttes i Be10. Forløbet af en implementering er i skrivende stund uafklaret.
Der vil være visse varmepumpetyper og varmekilder, som ikke er integreret i den nye
varmepumpemodel, og den nye varmepumpemodel stiller også visse krav til de SCOP inddata, der benyttes. Disse krav er bl.a. at anvendelsestemperaturen i SCOP testen skal
være lig den i Be10 anvendte fremløbstemperatur til varmeanlægget, og at testen skal
være foretaget for Average klimazone. Tilsvarende stilles der også krav til anvendelsestemperaturen af de data, der benyttes til varmt brugsvandsberegningen.
Såfremt at SCOP testdata er fundet på baggrund af andre forhold end de til modellen
nødvendige, benyttes i stedet den nuværende varmepumpeberegning.
Tilsvarende kan der for en varmepumpe foreligge andre data end SCOP testdata. I dette
tilfælde benyttes også den nuværende varmepumpeberegning.
6.1.
SCOP som input til den eksisterende varmepumpemodel
Pr. 1. januar 2013 blev værdisætningen af luft/luft varmpumpers effektivitet ændret fra
COP til SCOP. Det er også på grundlag af denne faktor, at effektivitetskravet i Bygningsreglementet for luft/luft varmepumper er reguleret. Først pr. 26. september 2015 vil der
blive indført ecodesign krav til luft/vand og væske/vand varmepumper i henhold til værdisætningen SCOP, men allerede nu kan den nuværende regulerende værdisætning,
normeffektfaktoren (NEF), omregnes til SCOP (se Bygningsreglementet), som også er
optagelseskravet på Energistyrelsens varmepumpeliste /15/ er en akkrediteret SCOP
test.
Derfor kan der opstå situationer, hvor det er nødvendigt at indtaste en varmepumpe i
den nuværende varmepumpemodel, hvor de tilgængelige data er en SCOP testrapport.
Den nuværende varmepumpemodel benytter testdata, som er testet under fuldlast. Fuldlast data kan også findes i en SCOP rapport for det bivalente punkt (se Bilag 1). Derfor
benyttes blot de i Figur 26 markerede data som input (se rød markering).
49
Teknologisk Institut
Figur 26: Eksempel på SCOP inddata benyttet til den eksisterende varmepumpeberegning
i Be10.
Specielt for varmepumper, der ikke varmeveksler med udeluften (f.eks. væske/vand varmepumper): Temperaturen, der skal indtastes for det bivalente punkt (fordampertemperaturen) i varmepumpemodellen, er da temperaturen for brinen. Dette skyldes, at temperaturen af brinen er den reelle indløbstemperatur til fordamperen. Temperature application (anvendelsestemperaturen) er stadig den ønskede udløbstemperatur fra kondensatoren.
I det konkrete tilfælde er testtemperaturen -7/35 °C, effekten er 7,15 kW og COP er
3,40. Den relative COP ved 50 % last er desværre ikke bestemt ved SCOP testen. Derfor
må standardværdien 0,8 benyttes, såfremt anden information, der giver denne værdi,
ikke foreligger.
50
Teknologisk Institut
7. Referenceliste
/1/
DS/EN 14825, 1. udgave, Klimaanlæg, væskekølere og varmepumper med
eldrevne kompressorer til rumopvarmning og rumkøling – Prøvning og effektmåling under delbelastning samt beregning af sæsonbestemt ydeevne, 201205-02, Dansk Standard.
/2/
Søren Aggerholm, Karl Grau, SBi-anvisning 213, Bygningers energibehov –
Beregningsvejledning, Statens Byggeforskningsinstitut, 2.udgave, 2011.
/3/
Bygningsreglement 2010 (BR10). 7. udgave, Byggecentrum 2014.
/4/
Ek-pro, Beregningsprogram, Findes på http://www.ek-pro.dk/ (d.13/012015).
/5/
Energy 10, Beregningsprogram,
(d.13/01-2015).
/6/
DS/EN 14511, del 1-4, Airconditionanlæg, væskekølere og varmepumper med
eldrevne kompressorer til rumopvarmning og rumkøling, Dansk Standard.
/7/
DS/CEN/TS 14825, 1.udgave, 2004-03-09, Airconditionanlæg, væskekølere
og varmepumper med eldrevne kompressorer til rumopvarmning og – afkøling. Prøvning og vurdering under dellast, Dansk Standard.
/8/
Håndbog for Energikonsulenter, Enfamiliehuse. Beregnet forbrug. Ver. 2012
/9/
VEJLEDNING til ansøgere om optagelse på Energistyrelsens lister over varmepumper
/10/
Pia Rasmussen, 2011, Beregning af SCOP for varmepumper efter EN14825,
Energistyrelsen, www.ens.dk
/11/
Jensen, J.M, & Lund, H. (1995). Design reference year, DRY – Et nyt dansk
referenceår (Meddelelse nr. 281). Kgs. Lyngby: Laboratoriet for varmeisolering, Danmarks Tekniske Universitet. www.byg.dtu.dk/~/media/Institutter/Byg/publikationer/lfv/lfv_281.ashx
/12/
Kommissionens delegerede forordning (EU) Nr. 811/2013 af 18. februar 2013,
Den Europæiske Unions tidende.
/13/
Kommissionens forordning (EU) Nr. 813/2013 af 2. august 2013, Den Europæiske Unions tidende.
/14/
DS 469, 2.udgave, 2013-02-06, Varme- og køleanlæg i bygninger, Dansk
Standard.
/15/
Varmepumpelisten (ENS), Findes på
Findes
på
https://www.energy10.dk/
http://sparenergi.dk/forbruger/vaerktoejer/varmepumpelisten
51
Teknologisk Institut
(d. 13/01-2015).
/16/
http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/forbrug-besparelser/apparater-produkter/energikrav-produkter/husholdningsprodukter/klimaanlaeg/teknisk-rapport-Beregning-af-SCOP-for-varmepumper-efter-En14825.pdf
52
Teknologisk Institut
Bilag 1
Citat fra
”Brugsanvisninger til installatører og slutbrugere og websteder med gratis adgang tilhørende producenterne, deres autoriserede repræsentanter og importører skal indeholde følgende elementer:
-
for varmepumpeanlæg til rumopvarmning og varmepumpeanlæg til kombineret
rum- og brugsvandsopvarmning de tekniske parametre i tabel 2 målt og beregnet
i overensstemmelse med bilag III
…
53
Teknologisk Institut
54