Reducering af overhedning i varmepumper · anbefaling til konvertering fra ældre oliefyr til en frekvensreguleret varmepumper, for reducering af emission og muliggørelse af en økonomisk

Aarhus Maskinmesterskole

Reducering af overhedning i varmepumper Bachelorprojekt

Martin Koudal Fisker (v13885) 22-12-2017

Bachelorprojekt Aarhus Maskinmesterskole Martin Koudal Fisker v13885

1

Projekttitel:

Opgave:

Fagområde:

Af:

Uddannelsesinstitution:

Hold:

Placering i uddannelses forløb:

Vejleder:

Dato for aflevering:

Omfang af anslag:

Antal sider:

Forside illustration:

Reducering af overhedning i varmepumper

Bachelorprojekt

Køleteknik

_________________________

Martin Koudal Fisker (v13885)

Aarhus Maskinmesterskole

Aarhus School of Marine and Technical Engineering

15-1 Bachelor efterår 2017

9. semester

John Kristensen, JHK

Den 22. december 2017

67500 tegn - 28 normalsider

54 sider

HBX vapro quality sensor og Carel E2V

indsprøjtningsventil på fordamper. (Eget arkiv,

2017)


2

Abstract

The climate change is a disputed subject in the international and national society. In countries similar to

Denmark the private oil-fired boiler is a typical heating source for buildings, where the district heating isn´t

represented. This source of heating appears to conflict with the recommended way of heating: the

electrical heat pump.

The Danish state aided organization information center for energy-saving in buildings, recommends

exchanging older oil-fired boilers with an electrical heat pump.

The company HB Products A/S produces sensors and switches for industrial refrigeration systems and

heating pumps. For testing a new sensor type at HB Products, three new heating pumps have been installed

for discarding an older oil-fired boiler. The new heating pumps are installed whit a Carel EVD evolution

superheat control system and the new HBX vapor quality sensor for HFC refrigerants.

This paper investigates the difference between the superheat controller and the HBX vapor quality sensor,

by the functional structure and how these difference types of controllers are installed in a heating pump

system.

By investigating the operation of the superheat controller and HBX vapor quality sensor by a data logging

system, it appears by using the HBX sensor increases the operation efficiency with 6,3%. Beside the

economic benefit, the paper investigates the environmental consequences. It appears by using HBX vapor

quality sensor, the emission is reduced whit 0,7ton carbon dioxide a year.

The paper concludes HBX vapor quality sensors can be used as a rational replacement to the superheat

controller.


3

1 Indhold 1 Indhold ....................................................................................................................................................... 3

2 Forord ........................................................................................................................................................ 5

3 Læsevejledning .......................................................................................................................................... 5

4 Indledning .................................................................................................................................................. 6

5 Problembeskrivelse ................................................................................................................................... 7

5.1 Problemstilling ................................................................................................................................... 7

5.2 Problemformulering .......................................................................................................................... 7

6 Afgrænsning............................................................................................................................................... 7

7 Metode ...................................................................................................................................................... 8

8 Undersøgelse af varmekilder ................................................................................................................... 11

8.1 Oliefyr eller varmepumpe som varmekilde ..................................................................................... 11

8.1.1 Oliefyr som varmekilde ............................................................................................................ 11

8.1.2 Varmepumpe som varmkilde .................................................................................................. 12

8.2 Energiforbrugere i en varmepumpe ................................................................................................ 12

8.2.1 Varmepumper, en samfundsmæssig interesse ....................................................................... 12

8.2.2 Generelle energiforbrugere i varmepumpen .......................................................................... 13

8.2.3 Argumentering for optimeringsområder ................................................................................. 14

8.3 Opsummering af optimeringsområder af varmepumpe ................................................................. 17

9 Virkemåde af Carel EVD evolution og HBX vapor quality sensor ............................................................ 18

9.1 Princippet bag Carel EVD evolution ................................................................................................. 18

9.2 Princippet bag HBX vapor quality sensor ........................................................................................ 19

10 Opbygning af varmepumper................................................................................................................ 22

10.1 Systemdesign - Varmepumpe #1 ..................................................................................................... 24

10.2 Systemdesign - Varmepumpe #3 ..................................................................................................... 25

10.3 Datalogger system ........................................................................................................................... 26

11 Analyse af drift ..................................................................................................................................... 28

11.1 Drift af varmepumpe #3 .................................................................................................................. 28

11.1.1 Drift af varmepumpe #3 kontrolleret af Carel EVD – Standard indstillinger ........................... 28

11.1.2 Drift af varmepumpe #3 kontrolleret af Carel EVD – Optimerede indstillinger ...................... 29

11.1.3 Drift af varmepumpe #3 kontrolleret af HBX vapor quality sensor ......................................... 32

11.1.4 Udfordringer ved brug af HBX vapor quality sensor ............................................................... 36

11.1.5 Sammenligning af Carel og HBX .............................................................................................. 37

11.1.6 Teoretisk forbedret COP-faktor ............................................................................................... 38


4

11.1.7 Korrekt forbedret COP-faktor .................................................................................................. 39

11.1.8 Opsummering af drift ved varmepumpe #3 ............................................................................ 39

11.2 Drift varmepumpe #1 ...................................................................................................................... 40

11.2.1 Sammenligning af Carel EVD og HBX ....................................................................................... 43

11.3 Delkonklusion .................................................................................................................................. 44

12 Investering ........................................................................................................................................... 45

12.1 Risiko ved investering i HBX vapor quality sensor ........................................................................... 48

12.2 Opsummering .................................................................................................................................. 48

13 Diskussion af validitet .......................................................................................................................... 49

14 Konklusion ........................................................................................................................................... 50

15 Perspektivering .................................................................................................................................... 51

16 Bibliografi ............................................................................................................................................. 53

17 Figurliste .............................................................................................................................................. 54

18 Bilagsoversigt ...........................................................................................................................................

18.1 Bilag – Oliefyr .......................................................................................................................................

18.2 HBX vapor quality sensor .....................................................................................................................

18.3 Forsøgsopstilling ..................................................................................................................................

18.4 Bilag - Væskefordeling .........................................................................................................................

18.4.1 Varmepumpe #1 ..........................................................................................................................

18.4.2 Varmepumpe #3 ..........................................................................................................................

18.5 Forhold mellem tryk og temperatur ....................................................................................................

18.6 Bilag - Sammenligning af Carel og HBX ................................................................................................

18.7 Bilag - Cost benefit ...............................................................................................................................

18.8 HBX vapor quality sensor .....................................................................................................................

18.9 Væsketilstrømning ...............................................................................................................................


5

2 Forord

Som en afsluttende del af uddannelsen ved Aarhus Maskinmesterskole, udføres denne opgave på baggrund

af et afsluttet bachelorforløb ved virksomheden HB Products A/S. Bacheloropgaven omhandler reducering

af overhedningen i en varmepumpe og hvilke fordele samt ulemper, der vil være forbundet med dette. Ved

en reducering af overhedning, forventes der gennem opgaven, at øge varmepumpers virkningsgrad og

derved mindske strømforbruget. Foruden det økonomiske aspekt, vil dette også medvirker til en

formindskelse af CO2-udledning i en dagligdag, hvor den globale opvarmning påvirker jorden i stigende

grad.

Gennem opgaven tages der udgangspunkt i to varmepumper, hvorudfra driften analyseres ved henholdsvis

en overhedningsstyring og en HBX vapor quality sensor. Ved en sammenligning af disse, findes den

optimale driftsform.

3 Læsevejledning Opgaven henvender sig til personer med fagteknisk indsigt i den termodynamiske proces, som er forbundet

med varmepumper og køleanlæg. Opgaven kan med fordel læses i kronologisk rækkefølge, da der gennem

opgaven refereres til de foregående afsnit. Bilag findes ved et separat dokument.

For overblik, kan opgaven betragtes i fire hoveddele:

• En indledende del: Afsnit 4 til 7. Her præsenteres opgaven, problemstillingen og den metodiske

tilgang.

• En forklarende del: Afsnit 8 til 10. Her præsenteres virkemåder og teori bag det undersøgte, hvilket

udgør en hypotese med afsæt i den undersøgte teori.

▪ En analyserende del: Afsnit 11 til 13. Analysen af driften, samt vurderinger af hvilken

reguleringsform der bør benyttes.

▪ En konkluderende og perspektiverende del: Afsnit 14 til 15. Her opsummeres opgavens resultater,

samt perspektiveres til fortsættende undersøgelser.


6

4 Indledning

Mennesket påvirker i større og større grad vores klima og jordens temperatur ved at brænde fossile brændstoffer, (…). Dermed tilføjes der store mængder drivhusgasser (…) hvilket øger drivhusgaseffekten og den globale opvarmning. (European Commission, 2017)

Klimaforandringerne omtales i stigende grad. Videre har den engelske avis The Guardian fremlagt en

artikel, der fremhæver det voksende energiforbrug ved brug af kompressoreffekt, dette er blandt andet

tilfældet ved de store internationale kølebehov til fødevarer, medicin, komfort og de voksende datacentre

m.m. Dette voksende effektforbrug til kompressorer i køleanlæg og varmepumper øges altså hvert år,

hvilket medfører at virksomheder forsøger at finde nye måder til energireducering af køleanlæg og

varmepumper. (Henley, 2015)

For at opnå en reducering af energiforbruget til opvarmning af bygninger, har det danske Videncenter for

Energibesparelser i Bygninger, der er underlagt Teknologisk Institut ved Energistyrelsen, fremlagt en

anbefaling til konvertering fra ældre oliefyr til en frekvensreguleret varmepumper, for reducering af

emission og muliggørelse af en økonomisk besparelse. (Videncenter for Energibesparelse i Bygninger, 2017)

Behovet for energioptimering af køleanlæg, såvel som varmepumper, kan altså betragtes som en væsentlig

national såvel som international mærkesag.

Virksomheden HB Products A/S har siden 1989 udviklet og produceret elektroniske sensorer til special-

formål, blandt andet indenfor køleindustrien. En af de sensorer der udvikles og produceres ved HB Products

er HBX vapor quality sensoren. Denne sensor har til formål at måle tørhedsgraden, "x-værdien", af

kølemidler i et køleanlæg såvel som i varmepumper. HBX sensorens udgangssignal forventes at kunne

bruges til anlægsoptimering, og derved energibesparelse af køleanlæg eller i varmepumper.

Gennem projektet vil det blive undersøgt om HB Products´ HBX vapro quality sensorer, kan bruges til

driftsstyring af varmepumper samt til reducering af energiforbruget, i stedet for den udbredte

overhedningsstyring. Dette sker ved en analyse af nyinstallerede varmepumper, til opvarmning af

bygningerne herunder kontorer- og produktionslokaler hos HB Products i Hasselager, Danmark.


7

5 Problembeskrivelse

5.1 Problemstilling Virksomheden HB Products A/S har på baggrund af miljømæssige og økonomiske anbefalinger, valgt at

udskifte virksomhedens ældre oliefyr til tre elektriske luft til vand varmepumper. Det ønskes, at disse tre

varmepumper skal forsyne produktions- og kontorlokalerne med varme. Foruden den ønskede opvarmning,

skal varmepumperne udstyres med traditionelle overhedningsstyringer, samt HB Products egen HBX vapor

quality sensorer.

Varmepumpeinstallationen skal derved eftervise om HB Products´ HBX sensor kan bruges til regulering af

væsketilstrømningen i varmepumpernes fordampere, i et DX-system med HFC-kølemidlet R407C, og derved

bruges som et alternativ til traditionelle overhedningsstyringer.

Eventuelle energimæssige optimeringer vil løbende blive undersøgt.

5.2 Problemformulering • Hvilke driftsmæssige ændringer vil der forekomme ved installation af HB Products HBX vapor

quality sensor i modsætning til en traditionel overhedningsstyring.

• Hvilke energimæssige ændringer ses der ved installation af HBX vapor quality sensor.

6 Afgrænsning

Ved undersøgelses af driften af de nyligt installeret varmepumper, foretages der afgrænsninger af

forskellige områder. Der laves følgende afgrænsninger:

Afgrænsning fra de elektriske installationer. Opgaven afgrænser sig fra de elektriske installationer,

herunder forsyningskabler og styrestrømskredse. De elektriske kommunikationsveje vil dog kort blive

illustreret. En egentlig dimensionering af kabler og føringsveje vil altså blive undladt.

Rapporten vil derforuden afgrænse sig fra dimensionering og videre undersøgelse af de varmemæssige

installationer. Det vil altså ikke blive undersøgt, om de nuværende radiatorer, rørføringer m.m. har en

sådanne kapacitet, at de er i stand til en distribuering af den leverede varme fra varmepumperne. Dog vil

forbindelserne mellem varmepumper og radiatorer blive illustreret ved brug af et PI-diagram, dette med

henblik på bedre forståelse af anlægsopbygningen.


8

Afgrænsning for driftsundersøgelse af varmepumpe anlæg #2. Opgaven vil afgrænse sig fra en

driftsundersøgelse af varmepumpe anlæg #2, da driftsmæssige problemer har medført, at denne ikke har

været funktionel under perioden for indsamling af data.

Rapporten vil afgrænse sig i forhold til længde af målinger. Gennem rapportens analyse af varmepumpe-

driften, afgrænses der i forhold til længden af målinger. Målingerne foretages over en periode svarende til

ti minutter, af hensyn til mængden af behandlet data.

7 Metode

Til besvarelse af problemformuleringen, vil der gennem opgaven blive taget udgangspunkt i den

naturvidenskabelige metode. Denne metode bruges for sikre en korrekt og struktureret fremgangsmåde,

og derved fastholde den interne validitet af alle projektets faser ud fra et naturvidenskabeligt perspektiv.

Endvidere vil metoden sikre en sammenholdning mellem den indsamlede empiri og data med den gyldige

teori.

Foruden den interne validitet, gennem den naturvidenskabelige metode, betragtes den eksterne validitet

også, for sikring af gyldigheden og relevans over for det samfundsmæssige perspektiv. Dette vil gennem

opgaven blive præsenteret kort via samfundsfaglige artikler udlagt af blandt andet Energistyrelsen og

interesseorganisationen Dansk Energi. Netop denne samfundsfaglige synsvinkel står i væsentlig kontrast til

den naturvidenskabelige metode. Dog medtages denne kort grundet den store samfundsfaglig interesse;

taget den omdiskuteret klimaudvikling i betragtning.

For undersøgelse af reliabiliteten af opgaven, gennem den naturvidenskabelige metode, vil det slutvis blive

diskuteret, hvorvidt de indsamlede data og målinger er korrekte, samt om disse står i overensstemmelse

med producentens påstand.

For bedre forståelse, samt konkret beskrivelse af, hvorledes den naturvidenskabelige metode vil benyttes

gennem opgaven, vil der ud fra omstående figur kommenteres på de enkelte punkter af metoden som

benyttes.


9

Definer spørgsmålet efter problemet. Problemet fremlægges i opgaven gennem problemformuleringen.

Derved er anses første skridt gennem rapporten, som værende de driftsmæssige ændringer der ses ved

benyttelse af HBX vapor quality sensorer ved varmepumpedrift.

Indsamling af information. Efter definering af problemformulering, og derved retningslinjer, arbejder

opgaven indledningsvis med anlægsopbygning, af det ældre oliefyr og nye varmepumper.

Foruden informationssøgning omkring de enkelte anlæg, samt empirien vedrørende den samfundsfaglige

interesse, der også ligger til grund for udskiftningen af oliefyr, vil der i rapporten også foreligge beskrivende

afsnit af enkelte komponenter. Disse komponenter som Carel EVD evolution overhedningsstyring og HBX

vapor quality sensoren undersøges for senere analyse.

Formulering af hypotese. Med afsæt i problemformuleringen og den indsamlede data omkring anlæggene

og komponenter, opstilles der en hypotese som opridser, hvilke resultater rapporten forventes at møde.

Figur 1 - Metodisk tilgang - Eget arkiv


10

Udførelse af driftsundersøgelse. Der vil efter opsætning og argumentering for hypotese, blive fortaget

driftsmæssige målinger, til analyse af de to reguleringsformer:

• Overhedningsstyring

• HBX vapor quality sensor

Observation ud fra dataloggersystem. Ud fra målingerne fortages en analyse af resultaterne, ved drift af

de to reguleringsmetoder. Analysen af reguleringsmetoderne sættes slutvis op mod hinanden.

Undersøgelse af cost-benefit. Der vil ud fra analysen af driften, blive udført en undersøgelse af cost-benefit

ved drift med HBX vapor quality sensoren.

Konklusion. Slutvis opsummeres rapporten, ved en konklusion der præsenterer resultaterne der er fundet

gennem rapporten samt svarer på problemstillingerne.


11

8 Undersøgelse af varmekilder

8.1 Oliefyr eller varmepumpe som varmekilde I nedstående afsnit vil varmepumpen kontra oliefyret blive kommenteret, efter kort beskrivelse af de

enkelte varmekilder.

8.1.1 Oliefyr som varmekilde Virksomheden HB Products har som et led i udvikling og energibesparelse, valgt at installere tre nye og

mere effektive varmepumper end det allerede installeret oliefyr. Det ældre oliefyr af mærket HS Kedler

Tarm, udført i samarbejde med Foreningen af danse Kedelfabrikanter, er produceret i 1984, og har en

nominel effekt på 45Mcal/h svarende til 52,4kW, fundet ved nedenstående udregning.

𝑄[𝑘𝑊] =𝑄 [

𝑀𝑐𝑎𝑙ℎ ]

0,859 ⇒

45𝑀𝑐𝑎𝑙

ℎ0,859

= 52,4𝑘𝑊 (1)

Olieforbruget til opvarmning af bygningernes 1100m2, har tidligere været mellem 6.000-7.500l olie pr. år.

Sidenhen har oliefyret haft flere driftsmæssige problemer, hvor blandt andet brugsvandet i kedlen er blevet

frakoblet. Efter denne frakobling, har kedlen stadig en fremløbstemperatur på 84 grader, hvilket anses for

værende langt over det nødvendige til opvarmning af bygningen gennem radiatorer. Andre driftsmæssige

problemer har ofte været indtruffet i vinterperioderne, hvor varmebehovet har haft en høj prioritet. Ved

reparation har de ansvarlighavende håndværkere, udtrykt skepsis vedrørende en fortsat stabil drift med

oliefyret.

Oliefyrets stand samt ønsket om etablering af varmepumper til rumopvarmning, understøtter anbefalingen

fra Videncenteret for Energibesparelser i Bygninger, om konvertering fra ældre oliefyr til frekvensreguleret

varmepumper. (Videncenter for Energibesparelse i Bygninger, 2017)


12

8.1.2 Varmepumpe som varmkilde Varmepumper forklares oftest som et ”omvendt” køleanlæg. Modsat køleanlægget har varmepumpen ikke

til funktion at fjerne varmen fra inder delen, men derimod indhente varme til opvarmning af bygninger

m.m. s.4 (Nielsen, 2010) Varmepumperne kan udføres på forskellige måder, hvor der i dette tilfælde

betragtes en luft til vand varmepumpe. Som nedenstående billede viser, indhenter denne varmepumpe

varmen fra dens omgivelserne, ind til bygningens varmtvandssystem som forsyner bygningens varmekilder

f.eks. udformet ved radiatorer.

De valgte varmepumper til opvarmning af lokalerne ved HB Products, er blevet produceret og installeret i

samarbejde med virksomheden SVK Energi. For bedre at kunne udføre forskellige tests, herunder af

forskellige afrimningsmetoder, er selve varmepumpen udført i tre separate varmepumper. Her er samtlige

varmepumper udført med samme hovedkomponenter, dog med undtagelse af fordampere og

afrimningsmetoder.

8.2 Energiforbrugere i en varmepumpe I afsnittet betragtes den samfundsmæssige interesse af installation af varmepumper, samt mulige

optimeringsområder af varmpumper.

8.2.1 Varmepumper, en samfundsmæssig interesse Foruden den tidligere nævnte organisation: Videncenter for Energibesparelse i Bygninger beskriver også

erhvervs- og interesseorganisation Dansk Energi, at varmepumper er et godt alternativ, i deres analyse af

reduktionspotentialer og omkostninger ved forskellige tiltag inden for energi- og transportsektoren:

Figur 2- Luft til vand varmepumpe s.210 (Nielsen, 2006)


13

Luft-vand-varmepumper er forventeligt samfundsøkonomisk billigere end eksisterende

oliefyr samt træpillefyr i 2020, og forskellen forventes at øges frem mod 2030. Det er særligt

besparelsen i brændselsomkostning til el frem for olie og træpiller, der er årsag til

besparelsen. CO2-skyggeprisen er hermed negativ for luft-vand-varmepumper ift. oliefyr,

fordi der både spares penge og CO2 ved udskiftning med eldrevne varmepumper. s.32

(Dansk Energi, 2017)

Derudover slår Dansk Energi fast, at de samfundsøkonomiske priser på boligopvarmning i husstande med

eksisterende oliefyr, ses markant større ved brug af oliefyr og træpille fyr end ved brug af luft til vand

varmepumper. Hvilket er skematiseret nedenfor.

Figur 3 - Samfundsøkonomiske priser på boligopvarmning s.30 (Dansk Energi, 2017)

8.2.2 Generelle energiforbrugere i varmepumpen Ved betragtning af figur 3 i foregående afsnit, ses det tydeligt at der ved etablering at ny varmepumpe, er

en forventet udgift på 150kr/GJ i 2020. Hovedudgifterne er derved:

• Investeringsomkostninger

• Brændselsomkostninger – elektricitet til kompressorer, blæser, cirkulationspumper m.m.

• Tarif – skat på importeret varer f.eks. kølemidler

• Drift og vedligehold – Lovpligtigt årligt eftersyn samt generelt vedligehold

Ved betragtning af grafen kan de opdeles i to hoveddele:

• Investeringsomkostninger og tarif

• Drift, vedligehold og brændselsomkostninger.


14

Netop drift, vedligehold og brændselsomkostningerne ses som værende punkter brugeren af

varmepumpen bør betragte, ved interesse for nedbringelse af de driftsmæssige omkostninger. Ved en

mulighed for nedbringelse af både vedligeholdsudgifterne samt reducering af elektriske forbrug, vil der

kunne forventes en økonomisk gevinst.

8.2.3 Argumentering for optimeringsområder Ved undersøgelse af optimeringsområder af en vilkårlig varmepumpe, er det indledningsvis vigtigt at

undersøge, hvor den tilførte energi bliver anvendt i systemet.

Ved betragtning af selve driften på figur 3, ses drift- og vedligeholdsomkostninger lige så store som

brændselsomkostninger. Derved vil en nedsættelse af begge punkter muliggøre en væsentlig reducering af

udgifter.

På nedenstående bilede, figur 4 ses den køletekniske kredsproces, udtrykt ved et simpelt log(p)-h diagram. I

kredsprocessen ses en kompression af kølemidlet, en kondensering, en drøvling og slutvis en fordampning.

Ved optimering af den pågældende varmepumpe, betragtes fordampningen og endvidere kompressionen.

En korrekt fordampning, vil kunne medføre at fordamperen udnytter hele sin fordamper-flade, og derved

vil mere af kompressorens effekt blive overført til selve fordampningen. Det kan blandt andet ske ved en

reducering af overhedningen, da en ”stor overhedning betyder en dårlig flydning af fordamperen med

kølemiddel, hvilket videregiver at fordamperen ikke kan overføre så meget varme til kølemidlet, som hvis

overhedningen var mindre.” s. 179 (Nielsen, 2010).

Altså bør der ved en reducering af overhedningen, ske en energioptimering. Dette undersøges ved

betragtning af figur 5.

Anskueliggørelse af køleproces:

1-2: Kompression af kølemiddel

2-3: Kondensering af kølemiddel

3-4: Drøvling af kølemiddel

4-1: fordampning af kølemiddel

1´-1: Overhedning Figur 4 - Log(p)-h diagram s. 59 (Nielsen, 2010)


15

8.2.3.1 Teoretisk begrundelse optimering med fokus overhedning

Ved brug af computerprogrammet Coolpack (Refrigeration Utilites version 2,84, DTU), er er det muligt at

betragte en reducering af overhedningen ved kølemidlet R407C. For at forstå ovenstående billede, kræves

det at dimensioneringen af fordamper samt den mulige trykændring i fordamperen undlades. Altså

betragtes et eksempel, hvor der benyttes samme tryk og temperatur i fordamperen blot ved en reduceret

overhedning.

På ovenstående figur, ses det hvordan samme køle/varme-proces har forskellig overhedning. Grundet den

ændrede overhedning, ændres hældningsgraden af kompressionen, hvilket giver en ændring af

anlæggets ”Coefficient Of Performance”: COP-faktor.

Ud fra programmet, findes COP-faktorerne:

𝐶𝑂𝑃8 = 2,7 (𝑂𝑡𝑡𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑒𝑟𝑠 𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔)

𝐶𝑂𝑃1 = 2,68 (É𝑛 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑠 𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔)

Forøgelse a COP ved reducering af overhedning:

𝐶𝑂𝑃8 − 𝐶𝑂𝑃1

𝐶𝑂𝑃8∗ 100 ⇒

2,7 − 2,68

2,7∗ 100 ≈ 1% (2)

Altså vil der i dette tilfælde ske en energimæssig optimering med 1%, ved at sænke overhedningen med 7

grader. Dette skyldes at selve kølemidlets fysiske volumen forøges ved en større overhedning, hvilket

fremgår på log(p)-h diagrammet for det pågældende kølemiddel, R407C. Desto mere kølemidlet fylder,

Figur 5 - Log(p)-h diagram - Ændring af overhedning (Eget arkiv, 2017)


16

desto længere tid skal kompressoren køre for at komprimere den samme kølemiddelsvolumen. Derfor vil

COP-faktoren stige ved reducering af overhedning.

En anden argumentering for minimering af varmepumpens COP, og derved opnå en bedre COP-værdi,

findes ved en reducering af fremløbstemperaturen på anlægget. Det ses blandt andet ud fra log(p)-h

diagrammet, at en lavere kondenseringstemperatur, vil medføre en lavere kompressor effekt. Der er i

rapporten lavet en afgrænsning for ændring af fremløbstemperaturen. Ved installation af varmepumper i

bygninger med gulvvarme, vil der kunne forekomme væsentligt højere COP-faktorer, da gulvvarme ikke

kræver sammen fremløbstemperatur som radiatorer.

8.2.3.2 Teoretisk begrundelse for optimering ved bedre udnyttelse af fordamperflade Som nævnt, tager udregningen fra afsnit 8.2.3.1 udelukkende hensyn til optimeringen ved ændring af

overhedning. Dog anses en faktisk større økonomiskgevinst, ved reducering af overhedningen ved en

fordamper der allerede er idriftsat:

Det forventes, at der ved reducering af overhedning, muliggøres en reducering af sugetrykket, på

kompressorens lavtryksside.

Dette forventes, da en del af fordamperarealet går ”tabt” til den egentlige overhedning. Selve

overhedningsområdet optager altså ikke varmen fra omgivelserne, men sikrer blot at alt kølemiddlet er på

gasform. På nedenstående billeder, ses én fordamper udformet som ét rør, med to forskellige størrelser

overhedning.

Det ses altså tydeligt at arealet, af den sorte trekant (fordampningen), er væsentligt mindre ved figur 6 end

ved figur 7.

Altså vil det fysiske fordampningsareal blive forstørret i takt med en formindskelse af overhedning. Ved et

mindre fordampningsareal i fordamperrøret, kan det være nødvendigt at sænke

fordampningstemperaturen for at opnå samme fordampningseffekt som ved en lille overhedning.

Figur 6 - For stor overhedning - s. 369 (Nielsen, 2010)


17

Figur 7 - For lille overhedning s. 369 (Nielsen, 2010)

8.3 Opsummering af optimeringsområder af varmepumpe

Ud fra afsnit 8.2.3.1: Det er blevet undersøgt hvordan COP-faktoren vil ændres, hvis kølemidlets

overhedning betragtes som alene. Som det fremgår i afsnit 8.2.3.1 vil en reducering overhedningen fra otte

til en grad ved kølemidlet R407C, kunne give en forbedret COP-faktor med ca. 1%.

Ud fra afsnit 8.2.3.2. Det er blevet undersøgt, at en reducering af overhedningen muliggør en reducering af

fordampningstemperaturen, da fordamperen bør kunne udnytte et større fordampningsareal ved en lavere

overhedning.

Ud fra de to ovenstående påstande om muligheden for en bedre virkningsgrad ved ændring af

overhedningstemperaturen, samt muligheden for at hæve fordampningstemperaturen, kan nedenstående

figur tegnes. Den røde linje illustrer den ”normale” drift, og den grønne den optimerede ved ovenstående

påstande.

Ved Log(p)-h diagrammet ses det hvordan en reducering af overhedningen vil ændre kompressorens

effektforbrug.

Figur 8 - Mulig anlægs optimering (HB Products, 2017)


18

9 Virkemåde af Carel EVD evolution og HBX vapor quality sensor I de følgende afsnit, vil de reguleringsstyringer for indsprøjtning af kølemiddel i fordampere, blive

undersøgt.

9.1 Princippet bag Carel EVD evolution Som tidligere nævnt i opgaven, vil de pågældende varmepumper være udstyret med to forskellige

styringsformer for at muliggøre en driftsmæssig sammenligning mellem disse. Som nævnt i problem-

formuleringen ønskes den ene styring som værende overhedningsstyringen: Carels EVD Evolution Twin

superheat controller. Denne styring er valgt på baggrund af pålidelighed og erfaring fra virksomheden SVK

Energi, der har stået for installationen af de pågældende varmepumper.

Carel EVD Evolution Twin er ”den nye version, der selvstændigt kan kontrollere to elektriske

ekspansionsventiler og repræsentere den ideelle løsning.” (Carel, 2009)

Carels EVD evolution overhedningsstyrings virkemåde findes ved styringsovervågning af fordamperens

suggasrør. Dette sker ved måling af tryk og temperatur. I takt med ændringen af tryk såvel som temperatur,

registreres det af overhedningsstyringen, som videregiver et analogt signal til ekspansionsventilen: Carel

E2V. Ekspantionsventilen er udformet som en step-motor, der afhængig af overhedningsstyringens

udgangssignal, gradvist kan åbne og lukke for væsketilførslen til fordamperen. Sammenkoblingen se på

nedenstående figur.

Figur 9 - Oversigt for installation af Superheat controller (Carel, 2009)


19

Målingerne af temperatur og tryk på fordamperens afgangsside, fungerer derved som styringens

referencepunkter. Der kan dog kan argumenteres for at disse to målinger ikke konsekvent fremgår helt

præcist. Det ses ud fra damptrykstabeller, hvordan tryk og temperatur, for det enkelte kølemiddel, hænger

sammen. Dog kan der ved drift forekomme mindre uoverensstemmelser mellem det teoretiske forhold

mellemtemperatur og tryk med pludselige trykændringer.

Trods der benyttes to inputsignaler som reference til styringen, kan signalerne fra at de målte værdier

fortsat give et forvrænget øjebliksbillede. Det skyldes blandt andet at temperaturmåleren er monteret på

ydersiden af suggasrøret, og trykmåleren sidder monteret 80mm væk, adskilt af et skueglas. Målingerne ses

derfor som værende mindre afvigende fra det præcise øjebliksbillede af kølemidlets tilstand inde i røret.

9.2 Princippet bag HBX vapor quality sensor En anden metode til regulering af ekspansionsventilens åbningsgrad kan findes ved HB Products´ egen HBX

vapor quality sensor. Denne sensor måler modsat den tidligere nævnte overhedningsstyring Carel EVD,

direkte tørhedsgraden af kølemidlet, i stedet for en tryk- og temperaturmåling.

Sensorens opbygning bygger på det kapacitetsmæssige måleprincip. Princippet tager udgangspunkt i

sensorens inderleder som agerer elektrode, yderlederen ses som det omkringværende rør som indkapsler

kølemidlet i systemet. De to lederes elektriske polaritet står i kontrast til hinanden og adskilles af

dielektrikummet. Billeder af sensoren ses ved bilag 18.2.

I nedenstående forklaring, tages der udgangspunkt i kølemidlet ammoniak.

Ammoniakken, afbilledet med blå pile på figur 10, strømmer gennem dielektrikummet E, hvorved det

elektriske felts styrke ændres, grundet materialets dielektricitetskonstant også kaldet permittivitet: 𝜀.

Figur 10 - Kondensator opbygning s.52 (Petersen, 2006)


20

𝐸 =𝑄

𝐴 ∗ 𝜀 (3)

Ændringen af det elektriske felt videregiver derved, som nedenstående formel viser, en ændring af

sensorens kapacitans, C.

𝐶 =𝐴 ∗ ε

𝑎 (4)

Ved ændring af ammoniakkens temperatur/tryk ændres dets dielektricitetskonstant ligeledes. Hvilket ses

på nedenstående tabel.

Ud fra det gennemstrømmende kølemiddels tørhedsgrad, også kaldet x-værdi, ændres kølemidles

dielektricitetskonstant, og dermed kondensatorstørrelsen mellem ydre- og inderleder. Denne ændring af

kondensatorstørrelse aflæses af HBX sensorens mikroprocessor, og videregives dernæst til et udgangssignal

f.eks. ved en modulerende motorventil eller et analogt udgangssignal til anlæggets styring. (HB Products,

2017)

På næste side ses et tværsnitsbillede af en HBX sensor. Her illustreres kølemidlets vandring ved blå pile,

samt opbygningen af sensoren. Sensorens elektroniske del, som er aftagelige, fremstilles med forskellige

design, hvor modeltypen UNICAP her er fremvist.

Figur 11 – Dielektricitetskonstanter (Kabusa, u.d.)


21

Figur 12 – HBX vapro quality sensor – tværsnit - Eget arkiv.

Ved installation af HBX sensoren, betragtes opstillingen illustreret på ovenstående billede. På billedet

fremgår det, hvordan HBX sensoren sammenkobles direkte med en modulerende ekspansionsventil. Til

kontrol af driften, føres et kabel fra varmepumpens styring til sensoren, hvilket blandt andet muliggør at

åbne og lukke for væsketilførelsen under en afrimning af fordamperen m.m.

1. Ydreleder

2. Inderleder

3. Mikroprocessor

4. Udgangssignal

Figur 13 - Oversigt for installation af HBX vapor quality sensor – Eget arkiv


22

10 Opbygning af varmepumper

Som tidligere nævnt, skal varmepumperne levere rumvarme til HB Products´ produktions- og kontor

lokaler.

Etableringen af varmepumperne sker ved tre separate varmepumper. Disse varmepumper er udført med

ens komponenter, dog med udtagelse af afrimningsmetoderne, hvor der både benyttes elektrisk- og hotgas

afrimning. Derudover har varmepumperne forskellige fordampere. Varmepumperne er installeret parallelt

med varmvandskredsen i bygningen.

Varmepumperne er monteret i samarbejde med varmepumpevirksomheden SVK-energi, der siden 1985 har

produceret jordvarmeanlæg og varmepumper til store såvel som mindre bygninger. (Gravesgaard, 2017)

Derforuden er anlægget designet af Teknologisk institut i et samarbejde gennem den offentlige

tilskudsordning Energiteknologisk Udviklings- og demonstrationsprogram (EUPD). Dette giver projektet et

samarbejde mellem tre parter som fælles har til formål fremme ny teknologi, der kan bidrage til Danmarks

målsætning inde for energi og klima. (EUDP, 2017)

Varmepumperne installeres i én tyve fods container ved siden af HB Products´ bygning. Selve fordamperne

monteres på taget af containeren. Varmtvandsrørene, der skal overføre varmen fra varmepumperne til

bygningens radiatorer, trækkes gennem containeren, og ind i bygningen ned til fyrrummet. Billeder af

opstillingen findes ved bilag: 18.3

På figur 14 ses et PI-diagram over varmepumperne, der parallelt er sammenkoblet til distribuering af

varmtvand til bygningens radiatorer.


23

Figur 14 - Anlægsopbygning (Eget arkiv, 2017)


24

10.1 Systemdesign - Varmepumpe #1

Den første varmepumpe, kan betragtes som den simpleste af de pågældende varmepumper. Dette skyldes

blandt andet at denne kun benytter elektrisk afrimning.

I nedenstående skema ses en komponentoversigt samt en kort forklaring til disse.

Nr. Komponent Specifikation

1 Kølemiddel R407C, fyldning 7kg – Kølemiddelstypen er valgt ud fra SVK Energis

positive erfaring med netop dette kølemiddel til luft- vand

varmepumper.

2 Kompressor Mitsubishi Siam compressor Industry Co Ltd med inverter (20-120Hz)

3 Kondensator Alfa Laval pladevarmeveksler

4 Receiver Bitzer Kühlmaschinenbau GMBH. Overvågning af kølemiddels

fyldning: HBLC-sensor.

5 Suge akkumulator Ahlsell. Sugegasveksler

6 Væsketilførsel/

ekspansionsventil

Carekl E2V ventil.

7 Styring til væsketilførsel • Carels Superheat controller EVD evolution

• HBX Vapor Quality Sensor

8 Fordamper Küba SGAE 50-F61A (V6.01+V1.33) (side feed, 10mm fordamperrør,

Küba værskefordeler, 4,5mm finneafstand). Elektrisk afrimning.

9 Afrimning Elektrisk afrimning. Styring: HBDF-sensor.

Forklaring og vurdering:

1. Kølemidlet R407C betragtes som et fast emne, der langsomt løber frem i kredsprocessen, med

afsæt i kompressionen i kompressoren.

2. Scroll kompressoren komprimerer kølemidlet.

3. Kondensatoren, udformet ved en pladevarmeveksler fr Alfa Laval, kondenserer kølemidlet.

4. Kølemidlet lageres i receiveren. Hvor væskestanden konstant overvåges, ved brug af en HBLC-

sensor.

5. Kølemidlet strømmer gennem en spiral i suge akkumulatoren.


25

6. Væsketilførslen/ekspansionsventilen åbner ved modulerende åbningsgrader, for at sikre at

fordamperens tilføjede kølemiddel er optimalt i forhold til driften. Denne ekspansionsventils

åbningsgrad ændres på baggrund af ventilens input fra henholdsvis fra styringen til væsketilførslen.

7. Styringen til væsketilførslen

o Carels Superheat controller EVD evolution

o HBX Vapor Quality Sensor

8. Küba fordamperen, som er udstyret med et væskefordeler system, fordeler kølemidlet jævnt i

fordamperen. Væskefordelingen kan ses ved bilag: 18.4.1

Vurdering:

Væskefordelingen forventes effektiv, da væsken ligger sig jævnt i de enkelte fordamperrør ved

tyngdekraftens kraft.

9. Ved afrimning, lukkes der for væsketilførslen og den elektriske afrimning påbegyndes.

10.2 Systemdesign - Varmepumpe #3

Den tredje varmepumpe, er udført i samme type komponenter som foregående anlæg. Dog udskiller denne

sig, da den benytter en ombygget kondensator som fordamper. Derudover afrimer denne kun ved brug af

hotgas. I nedenstående komponentoversigt, vil ændringerne fra anlæg #1 blive præsenteret:

Nr. Komponent Specifikation

8 Fordamper Luve, top feed.

9 Afrimning Hotgas afrimning der ved brug af en firevejsventil muliggørereversibel

drift under afrimning.

Forklaring og vurdering:

8. Fordamperen er en ombygget kondensator, hvilket gør den unik i forhold til de to andre fordampere.

Væskefordelingen sker ved en kapillarrørsfordeling, der fører kølemidlet ind i toppen af fordamperfladen.

Vurdering:

Der kan argumenteres for at distribueringsmetoden til fordeling af kølemiddel i fordamperen er meget

effektiv, da kølemidlet har en lang vandring med få bøjninger, grundet fysisk stort fordamperareal.

Væskefordelingen kan ses ved bilag: 18.4.2


26

9. Afrimningen sker ved brug af en firevejs ventil, der overordnet vender hele kredsprocessen. I det fremgår

fordamperen som kondensator, og kondensator som fordamper, hvor den dertilhørende ekspansionsventil

er udført ved en termostatisk ekspansionsventil.

Vurdering:

Afrimningen vurderes som en meget god og fuldendt afrimning. Den anses som effektiv og billigere end

elektriskafrimning. Det vurderes at der ved firevejs ventilen kan forekomme trykfald. Dette vurderes på

baggrund af ventilens opbygning, hvor selve omdirigering af kølemiddel sker ved krumme ind- og udgange i

ventilen.

10.3 Datalogger system Til undersøgelse af driften af varmepumper, benyttes der et dataloggersystem, som er lavet hos HB

Products. Dataloggersystemet bygger på et simpelt måleprincip, til monitorer de valgte sensorers

udgangssignaler. Samtlige sensorer der er anvendt i projektet, har et analogt udgangssignal der varierer

med et span mellem 4mA – 20mA. Signalerne opfanges efterfølgende af dataloggeren der videregiver

efterfølgende signalerne gennem en USB-forbindelse til en computer, hvor programmet DAQami logger

inputtene. Slutvis behandles loggen i Microsoft Excel.

10.3.1.1 Oversigt over sensorer til monitorering af resultater: MC measurement computing, USB-230, Datalogger - Styrestrømskab

• Produktnummer: 19BA7D6 - Anlæg #1

• Produktnummer: 1C95C4A - Anlæg #3

Gaskvalitets sensor, HBCP compresor protection – Kompressorens indsugning

Gaskvalitets sensor, HBX vapor quality sensor – Fordamperens afgangsrør

HBPS, Tryktransmitter – Kompressorens lavtryksside

HBPS, Tryktransmitter – Kompressorens højtryksside

De-frost sensor, Afrimningssensor – Fordamperflade

HBTS-TR, Temperatur sensor – Kompressorens trykgasrør

HBLC, Kølemiddel niveausensor - Receiver

Landis Gyr T550, Vandvarmemåler – Fremløb på vandkreds

ABB B23 111-100, elmåler – Kompressorens gruppe i hovedtavle


27

Logitech camera, overvågningskamera til monitorering af overhedning ift. Carel EVD evolution

Samtlige sensorer er installeret på alle tre varmepumper. Grafisk overblik findes på nedenstående PI-

diagram.

Figur 15 - PI-diagram (Eget arkiv)


28

11 Analyse af drift I afsnittet vil driften af varmepumperne ved henholdsvis Carels EVD evolution overhedningsstyring og HBX

vapor quality sensor blive analyseret.

11.1 Drift af varmepumpe #3 I de næste afsnit, vil varmepumpedriften blive undersøgt ved to forskellige driftsformer.

11.1.1 Drift af varmepumpe #3 kontrolleret af Carel EVD – Standard indstillinger Ved undersøgelse af driften af varmepumpe #3, ved Carel EVD overhedningsstyring, fastlåses

kompressoren til frekvensen til en maksimal frekvens på 90Hz.

Resultaterne er skematiseret i graferne nedenfor. Graferne er lavet ud fra en driftsperiode på ca.

14minutter, svarende til 1700 halve sekunder.

Figur 16 - HBPS - Lavtryk (Eget arkiv, 2017)

Under driften med Carels EVD overhedningsstyring, ses det tydeligt, hvordan den elektrisk

ekspansionsventil gradvist åbner og lukker, ved regulering af indsprøjtningen af kølemiddel i fordamperen.

Denne påstand tager afsæt i niveaumålingerne fra varmepumpens receiver. Idet tryktransmitteren er på sit

laveste punkt, og ekspansionsventilen derved har størst åbningsgrad, forekommer der umiddelbart efter,

det laveste niveau af kølemiddel i receiveren. Forsinkelsen ses som kølemidlets vandring i anlægget.

Det ses ud fra tryktransmitteren HBPS LT, vist ved figur 16, at trykket på kompressorens lavtryksside ændre

sig kontinuerligt ved nominel drift. Som beskrevet i afsnit 8.2.3, bør sugetrykket i kredsprocessen være så

høj som muligt for bedre udnyttelse af kompressoreffekt. Dele af det svingende lavtryk, anses derfor som

værende spildt energi i anlægget, modsat et helt lineært lavtryk.

Figur 17 - HBLC niveaumåler (Eget arkiv, 2017)


29

Figur 18 - HBX sensor (Eget arkiv, 2017)

Foruden det svingende lavtryk, ses det ud fra anlæggets HBX sensor, at der ved tryktransmitterens

amplitude forekommer et udsving af tørhedsgraden i anlægget. Dette medfører at mindre mængder ikke

fordampet kølemiddel, ledes til kompressoren. Dog anses udslaget ikke for en størrelse, at denne kan

medføre driftsmæssige problemer for kompressoren.

11.1.2 Drift af varmepumpe #3 kontrolleret af Carel EVD – Optimerede indstillinger Ved gennemgang af flere driftstimer på anlæg, blev det fastslået at standardindstillingerne, udført af

varmepumpevirksomheden SVK-Energi ikke fremstod optimalt, da især sugetrykket havde en stor

pendling. ”Hvis man oplever pendlinger i temperaturen (…) skyldes det, at overhedningen er for lille.” s. 366

(Nielsen, 2010)

Derfor hæves overhedningen til 7,5K, for at hindre dette. Derudover blev indstillingerne for fordamperen i

Carel EVD overhedningsstyrigen ligeledes ændret, indtil en optimal drift var opnået. Det bør fastslås at

standardindstillingerne kun blev ændret, på baggrund af resultaterne fra dataloggersystemet samt

resultaterne fra HBLC i receiveren og HBX vapor quality sensoren. Denne ændring af driften, har væsentlig

betydning for udfaldet af sammenligningen mellem overhedningsstyring og HBX sensoren. Optimeringen

udføres på baggrund af problemformuleringen; der søger sammenligning mellem overhedningsstyring og

HBX vapor quality sensoren, ved en god og stabil drift, for bedre sammenligning af resultater. Dog vidner

dette om potentialet, for optimering af varmepumper, der blot er installeret med standardindstillinger,

uden videre undersøgelse af driften.

Ved de nyere indstillinger, kan analysen af driften i foregående afsnit forsat benyttes, da pendlingen af

sugetryk, receiver og tørhedsgrad stadig fremstår, blot i markant mindre grad. Indsprøjtningen af

kølemiddel i fordamperen, sker fortsat på samme måde.


30

Ved den nu optimerede drift ved overhedningsstyringen, ses det på nedenstående grafer, hvordan den

generelle pendling af målinger er faldet. Ved drift forekommer der et sugetryk på 2,7𝑏𝑎𝑟 svarende til

−6°𝐶, en overhedning på 7,5𝐾 og en forholdsvis jævn niveaustand i reciveren. Det ses også at HBX

sensoren måler en tørhedsgrad der svarer til fuldt mættet gas; dermed forekommer der intet flydende

kølemiddel efter fordamperen. Dette skyldes, at der ved den optimerede drift er en så høj overhedning, at

dette ikke er muligt. I tråd med afsnit 8.2.3.2 kan der argumenters for, at den store overhedning minimere

fordamperens fordampningsareal, og derved gør køleanlægget mindre effektivt.

Figur 20 - HBLC Niveaumåler (Eget arkiv, 2017)

Figur 19 - Temperaturer (Eget arkiv, 2017)


31

Figur 21 - HBPS trykgas (Eget arkiv, 2017)


Ved betragtning af grafen for udslaget på kompressorbeskyttelsen, som på lige fod med HBX vapor quality

sensoren måler tørhedsgraden af kølemidlet, med udgangspunktet 4mA, fremgår der små udslag selv ved

den høje overhedning. Dette betragtes som værende resultat af oliedråber, der langsomt ophobes i

sugepotten, og periodevis suges ind i kompressoren. Der ses bort fra muligheden af kølemiddelsdråber, da

den foran siddende HBX sensor ikke opfanger væske efter fordampningen.

Figur 23 - HBCP kompressorbeskyttelse (Eget arkiv, 2017)


32

Vurdering

Det vurderes ud fra graferne, at den optimerede overhedningsstyring, ses som en god og sikker måde at

styrer varmepumper. Dette tager afsæt i beviset for, at der kun forlader mættet kølemiddel på gasform fra

fordamperen; undersøgt ved brug af HBX sensoren, figur 22.

Der kan dog argumenteres for, at en stor del af fordamper arealet ikke udnyttes optimalt. Som nævnt i

afsnit 8.2.3.2.

Ud fra den givende drift, er der sideløbende med målingerne ved dataloggersystemet, noteret

effektforbruget på varmepumpen samt den overførte effekt i varmvandskredsen. Denne måling er udført

ud fra en periode på 30 minutter.

Elforbrug:

Δ𝑃 = 𝑃2 − 𝑃1 ⇒ 450,47𝑘𝑊ℎ − 448,22𝑘𝑊ℎ = 2,75 (5)

Leverede varmeeffekt:

Δ𝑄 = 𝑄2 − 𝑄1 ⇒ 696𝑊ℎ − 689𝑘𝑊ℎ = 7𝑘𝑊ℎ (6)

Derved findes anlæggets Coefficient Of Performance, COP:

𝐶𝑂𝑃 =Δ𝑄

Δ𝑃 ⇒

7𝑘𝑊ℎ

2,75𝑘𝑊ℎ= 2,54 (7)

Dermed er varmepumpe #3´s virkningsgrad fundet, ved en maksimal frekvens på 90Hz, og ved en

regulering af kølemiddels indsprøjtning ved Carel EVD overhedningsstyring. Virkningsgraden findes, for

senere sammenligningen af resultater.

11.1.3 Drift af varmepumpe #3 kontrolleret af HBX vapor quality sensor Foruden driftsundersøgelsen af varmepumpen ved overhedningsstyring, undersøges HBX sensoren

ligeledes som styring til væskeindsprøjtningen i fordamperen. Det forventes som nævnt i afsnit 8.2.3.2, at

der ved brug af HBX sensoren, udnyttes et større fordamper areal og derved opnå en bedre overført effekt.

Derudover vil en større åbningsgrad resultere i et mindre trykfald, som muliggør, at kompressoren ikke bør

levere den samme effekt, for at suge kølemidlet retur, hvilket øger anlæggets COP.


33

Ved dataindsamling fastlåses kompressoren til en maksimal frekvens på 90Hz. Resultaterne er skematiseret

i graferne på omstående side. Graferne er derforuden lavet ud fra nomineldrift ved en driftsperiode på ca.


Det ses ud fra driftsundersøgelserne, at varmepumpen under disse driftsmæssige omstændigheder, har en

reduceret overhedning til ca. 2,5K. Overhedningen betragtes ud fra nedenstående:

Overhedningen er som afsnit 8.2.3.2 forklarer et udtryk for temperaturen differencen der

bruges til at sikre, at alt kølemiddel er på gasform. For at finde overhedningen, bruges

nedenstående ligning, med afsæt i forholdet mellem tryk og temperatur for R407C, ved

driftstryk mellem: 1,5bar til 5bar (bilag 18.5):

𝑦 = 0,0967𝑥3 − 1,5779𝑥2 + 13,816𝑥 − 33,656 (8)

Derved beregnes temperaturen af kølemidlet ved trykket 3bar:

𝑦 = 0,0967 ∗ 3𝑏𝑎𝑟3 − 1,5779 ∗ 3𝑏𝑎𝑟2 + 13,816 ∗ 3𝑏𝑎𝑟 − 33,656 ⇒ 𝑦 = −3,9°𝐶 (9)

Ujævnhederne i udregningen af overhedningen, anses derfor at skyldes ”støjen” fra tryktransmitteren, da

der forekommer små udsving af lavtrykket i systemet.

Det reducerede sugetryk udgør en markant ændring: Sugetrykket er ikke alene et udtryk for temperaturen i

systemet, men ses også som en væsentlig faktor ud fra kompressorens effektforbrug. I tråd med påstanden

om et lavere sugetryk, ved en større væsketilførelse, genfindes dette ved en betragtning af resultaterne.


34

Figur 24 - Temperaturer (Eget arkiv, 2017)

Ved sammenligning af niveaustanden i receiveren, fremgår der kontinuerligt mere kølemiddel i for-

damperen ved brug af HBX sensoren. På samme tid ses et lavere sugetryk, og derved kan disse målinger

eftervise at derved den sænket overhedning, forekommer mere kølemiddel i fordamperne, hvilket

bekræfter figur 7.

Figur 25 - HBLC niveaumåler (Eget arkiv, 2017)

HBX sensorens målinger, vidner om en let strøm af ikke fordampet kølemiddel. Umiddelbart ses der et

konstant udslag, der vidner om en for lav overhedning. Grafen sammenlignes med HBX sensorens udslag

ved brug af overhedningsstyringen figur 22. Ved sammenligning af disse, vurderes det, at udslaget er af

sådan en størrelse, at dette ikke har negative driftsmæssige konsekvenser. Denne påstand kan blandt andet

bekræftes ved grafen til illustrering af udslaget på kompressorbeskyttelsen figur 27. Denne viser hvordan

udslaget på kompressoren findes meget lavt. Derved bekræfter grafen, at der ikke suges flydende

kølemiddel ind i kompressoren.


35


Figur 27 - HBCP kompressorbeskyttelse (Eget arkiv, 2017)

Målingerne på højtrykssiden af køleanlægget, står i stor kontrast til driften ved brug af overhednings-

styringen. Det ses, at højtrykssiden ved brug af HBX sensoren som regulering, har et højtryk svarende til ca.

68°𝐶. Altså et højtryk der er 22𝐾 lavere end overhedningsstyringens 90°𝐶. Dette vurderes som værende

den reducerede overhedning, der medfører en lavere højtrykstemperatur. Årsagen til at der stadig

overføres en stabil varme til vandkredsen, skyldes formentligt at pladevarmeveksleren, der benyttes som

kondensator, har et tilstrækkeligt overfladeareal, så varmetransmissionen stadig er mulig.

Figur 28 - HBPS trykgas (Eget arkiv, 2017)


36

Vurdering

Det vurderes at HBX vapor quality sensoren fungerer som en udmærket substitut for overhednings-

styringen, hvilket skyldes, at der kun forekommer mindre udslag i kølemidlet tørhedsgrad, ved

fordamperens afgangsside. Ved betragtning af kompressorbeskyttelsen, ses alt kølemidlet som mættet gas,

når dette suges ind i kompressoren. Dette kan skyldes sugepotten. Udslaget på kompressorbeskyttelsen ses

ikke større end ved brug af overhedningsstyringen, og betragtes derfor også her, som olie der ophobes i

sugepotten, og periodevis suges ind i kompressoren.

Ud fra den givende drift, er der sideløbende med målingerne ved dataloggersystemet, noteret

effektforbruget på varmepumpen samt den leverede effekt til vandet. Målingerne er udført over en

periode på ca. 35minutter.

Elforbrug:

Δ𝑃 = 𝑃2 − 𝑃1 ⇒ 453,94𝑘𝑊ℎ − 451,16𝑘𝑊ℎ = 2,78𝑘𝑊ℎ (10)


Δ𝑄 = 𝑄2 − 𝑄1 ⇒ 705𝑘𝑊ℎ − 697𝑘𝑊ℎ = 8𝑘𝑊ℎ (11)



Δ𝑃 ⇒

8𝑘𝑊ℎ

2,78𝑘𝑊ℎ= 2,7 (12)

Dermed er varmepumpe #3´s virkningsgrad fundet, ved nominel drift og maksfrekvens på 90Hz, og

regulering afkølemiddels indsprøjtning med HBX vapor quality sensor. Virkningsgraden findes, for

sammenligningen af resultater.

11.1.4 Udfordringer ved brug af HBX vapor quality sensor Gennem dataindsamlingen til regulering ved HBX sensoren, har der været flere udfordringer. Idet, nye

sensortyper som HBX vapor quality sensoren til R407C skal testes, lider anlæg ofte af ”børnesygdomme”,

altså mindre fejl som dog kræver handling. Et af problemerne anlæg #1 mødte under drift med HBX

sensoren, medførte en defekt kompressor. Under opstarten, blev høj- og lavtrykspressostaten ikke


37

afprøvet, selvom dette er påkrævet. Ved regulering af væskeindsprøjtning med HBX sensoren, blev der

udført tests, hvor én af disse medførte en lav åbningsgrad af ekspansionsventilen. Dette blev gjort af

sikkerhedsmæssige grunde, for at sikre anlægget ikke ville blive udsat for væskeslag. Dog forekom

indsprøjtningen i et så lille omfang, at kompressorens lavtryksside blev udsat for et så lavt tryk, at

lavtrykspressostaten burde have slukket for kompressoren. Men da denne ikke var testet, og ikke var

styringsmæssig funktionel, endte kompressoren med en overhedning, som resulterede i at kompressorens

spole blev så varm, at der opstod overgang mellem viklingerne.

Med det i mente, vurderes det at man ved installering af andre nye komponenter i et køleanlæg, bør være

ekstra sikker på at alle sikkerhedsmæssige foranstaltninger er fuldt ud funktionelle. I det HBX sensoren

bygger på et andet måleprincip end overhedningsstyringen, er denne ikke udstyret med hverken

tryktransmitter eller temperaturføler. Derved står den uden indflydelse, ved f.eks. en defekt eller ikke

funktionel lavtrykspressostat.

11.1.5 Sammenligning af Carel EVD og HBX Overhedningen benyttes, som tidligere nævnt, blandt andet som en sikkerhed for kompressor, da denne

sikre at der kun er kølemiddel på gasform, som forlader fordamperen. Overhedningsstørrelsen er indstillet

ud fra ”normalindstillingerne” af varmepumpe virksomheden SVK-energi til 7,5𝐾.

Trods den umiddelbar høje overhedning, ses det tydeligt ved figur 22, at der stadig forekommer udslag på

HBX sensoren, hvilket vidner om få mængder kølemiddels dråber. Som forklaret i afsnit 11.1, hænger netop

dette udslag sammen med indsprøjtningsventilens åbningsgrad. Derved fremstår denne reguleringsform

som værende for langsom og upræcis. Optimalt, burde der ved en overhedning på 7,5𝐾, ikke forekomme

noget udslag på HBX sensoren.

Endvidere ses det ud fra en sammenligning af lavtrykstransmitteren, at der ved regulering med Carel EVD

forekommer et lavere tryk end ved HBX vapor quality sensoren. Netop denne trykdifferens ses, i tråd med

afsnit 8.2.3.2, som værende en væsentlig faktor ved en sammenligning af driftsformernes energiforbrug.

Dette sammen med reduceringen af overhedningen, ses skematiseret i omstående figur.


38

Figur 29 - Drift ved Carel EVD evolution og HBX vapor quality sensor (Eget arkiv, 2017)

Ved drift af varmepumpe #3, kan det konkluderes at reguleringen af indsprøjtningsmængde af kølemiddel i

fordamperen, kan ske ved HBX vapor quality sensor såvel som ved Carel EVD overhedningsstyring.

11.1.6 Teoretisk forbedret COP-faktor Den reducerede trykændring sammen med den reducerede overhedning kan benyttes til en teoretisk

energibesparelse gennem computerprogrammet Coolpack (Refrigeration Utilites version 2,84, DTU).

Middeltrykket findes ud fra Microsoft Excel.

Carel EVD:

𝑀𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎𝑙 𝐿𝑇 = 𝑀𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙(𝐸8: 𝐸10000) = 2,67𝑏𝑎𝑟 = −6,3°𝐶 (13)

𝑂𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔: 7,5𝐾

HBX vapor quality sensor:

𝑀𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎𝑙 𝐿𝑇 = 𝑀𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙(𝐷8: 𝐷10000) = 3𝑏𝑎𝑟 = −3,9°𝐶 (14)

𝑂𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔: 2,5𝐾

Ud fra disse tal kan en teoretisk udregning for den ændrede COP findes. Til dette benyttes underkølingen

på 3𝐾 og en kondenseringstemperatur på 40°𝐶. Den teoretiske undersøgelse tager afsæt i en isentropisk

virkningsgrad på 1.

Det ses ud fra bilag 18.6, at der ved Carel EVD findes en COP-faktor på: 3,6. Ligeledes findes der ved COP-

faktor på 3,84 ved brug af HBX vapor quality sensoren.


39

Dermed er der en teoretisk øget COP-faktor:

𝐶𝑂𝑃𝐻𝐵𝑋 − 𝐶𝑂𝑃𝐶𝑎𝑟𝑒𝑙

𝐶𝑂𝑃𝐻𝐵𝑋∗ 100 ⇒

3,84 − 3,6

3,84∗ 100 ≈ 6,25% (15)

Dermed er der ved den beskrevne drift i ovenstående dataindsamling, en teoretisk forøgelse af anlæggets

COP-faktor på 6,25% ved brug af HBX vapor quality sensor, kontra Carels EVD overhedningsstyring.

11.1.7 Korrekt forbedret COP-faktor Ved undersøgelse af den korrekte forbedring af COP-faktoren, benyttes COP-værdierne fra henholdsvis:

Carel EVD: 2,54 - Ligning 7

HBX vapor quality sensor: 2,7 - Ligning 12



2,7 − 2,54

2,7∗ 100 ≈ 6,3% (16)

Derudfra kan det udledes, at den forbedrede effekt stemmer overens med den teoretiske udregning af

COP´en.

11.1.8 Opsummering af drift ved varmepumpe #3 I tidligere afsnit er ændring af anlæggets virkningsgrad blevet undersøgt, og det kan derfor konkluderes, at

der ved brug af HBX vapor quality sensoren er en øget COP-faktor med: 6,3%, hvilket stemmer overens med

den teoretiske undersøgelse af forbedringen af COP-faktoren på: 6,25%.

Driftsmæssigt kan det konkluderes, at der ved begge reguleringsformer forekommer mindre svingninger i

sugetrykket og mindre udslag ved HBX sensoren. Det kan ud fra figur 26 ses, at der ikke forekommer

væskedråber ved kompressorens indsugning

Det kan ud fra målingerne af kompressorens tryksgas ses, at der sker en væsentlig reducering af trykgas

temperaturen, ved kompressorens afgangsside. Der kan argumenteres for, at dette skyldes, at

kompressoren suger flydende kølemiddel ind ved regulering med HBX sensoren. Modsat vidner

resultaterne om, at der ved brug af HBX sensoren som regulering forekommer mindre udsving på


40

kompressorbeskyttelsen end ved brug af overhedningsstyringen. Derfor ses der forsat grundlag for

optimering af indstilling af HBX sensoren.

Der kan argumenteres for, at der ved brug af Carel EVD evolution overhedningsstyring kan opnås samme

resultat, blot ved en ændring af styringens sætpunkt. Der kan argumenteres for, at denne måde ikke vil give

samme resultat, da en reducering i overhedningen videre giver et ikke liniært flow, der ses som pendling i

anlæget. "Hvis man oplever pendlinger i temperaturen (…) skyldes det, at overhedningen er for lille.” s.366

(Nielsen, 2010) Endvidere kan det ud fra afsnit 11.1.1 ses at denne pendling findes, men fjernes ved en

forhøjet overhedning i afsnit 11.1.2.

HBX vapor quality sensoren, er derfor en bedre styring til regulering af væskeindsprøjtningen i

fordamperen; ved en lav overhedning.

11.2 Drift varmepumpe #1 Nedenstående afsnit vil kort analysere driften af henholdsvis Carel EVD evolution overhedningsstyring og

HBX vapor quality sensoren. Anlæggets resultater gennemgås kort, for at bekræfte konklusionen fra driften

af varmpumpe #3.

Kompressorens frekvens fastlåses til en maksimal frekvens på 90Hz.

Resultaterne er skematiseret i graferne på omstående side. Graferne er lavet ud fra en driftsperiode på ca.



41

Ud fra grafterne fremgår sugetrykket og overhedning, hvor der ved brug af overhedningstyringen,

forekommer et markant lavere sugetryk, end ved brug af HBX sensoren. Hvilket stemmer overens med

resultaterne fra analysen af anlæg #3.

Ved betragtning af udslaget på HBX vapor quality sensoren, fremgår det tydeligt, at der ved brug af

overhedningsstyringen, forekommer en tilstrækkelig stor overhedning til at intet flydende kølemiddel

forlader fordamperen. Derimod er der ved brug af HBX sensoren et mindre udslag, som vidner om få

væskedråber der forlader fordamperen. Der kan argumenteres for at dette fremgår som et for stort udslag,

men anses ikke for havende en skadende effekt, grundet det lave udslag på kompressorbeskyttelsen.

Figur 30 - Temperaturer - HBX vapor quality sensor (Eget arkiv, 2017)

Figur 31 - Temperaturer - Carel EVD evolution (Eget arkiv, 2017)


42

Figur 32 - HBX sensor - Carel EVD evolution (Eget arkiv, 2017)

Figur 33 - HBX sensor - HBX vapor quality sensor (Eget arkiv, 2017)

Ud fra driftsundersøgelserne, er der sideløbende noteret målinger af effektforbruget af kompressoren samt

den leverede effekt til vandet. Målingerne er udført over to perioder:

Carel EVD evolution:

Elforbrug:

Δ𝑃 = 𝑃2 − 𝑃1 ⇒ 760,34𝑘𝑊ℎ − 753,70𝑘𝑊ℎ = 6,64𝑘𝑊ℎ (17)


Δ𝑄 = 𝑄2 − 𝑄1 ⇒ 835𝑘𝑊ℎ − 849𝑘𝑊ℎ = 14𝑘𝑊ℎ (18)



Δ𝑃 ⇒

14𝑘𝑊ℎ

6,64𝑘𝑊ℎ= 2,10 (19)


43

HBX vapor quality sensor:

Elforbrug:

Δ𝑃 = 𝑃2 − 𝑃1 ⇒ 775,62𝑘𝑊ℎ − 767,66𝑘𝑊ℎ = 7,96𝑘𝑊ℎ (20)


Δ𝑄 = 𝑄2 − 𝑄1 ⇒ 884𝑘𝑊ℎ − 866𝑘𝑊ℎ = 18𝑘𝑊ℎ (21)



Δ𝑃 ⇒

18𝑘𝑊ℎ

7,96𝑘𝑊ℎ= 2,26 (22)

11.2.1 Sammenligning af Carel EVD og HBX Ved undersøgelse af den korrekte forbedring af COP-faktoren, benyttes værdierne fra ovenstående

udregninger.

Carel EVD evolution: 2,1 - Ligning 19.

HBX vapor quality sensor: 2,26 - Ligning 22.



2,26 − 2,1

2,26∗ 100 ≈ 6,1% (23)

Ved en forkortet analyse af varmpumpe #1, kan det konkluderes, at der også her er opnået en forbedret

COP på over 6%, ved brug af HBX vapor quality sensoren, samt at driftsforholdene stemmer overens med

resultaterne fra analysen af varmpepumpe #3.


44

11.3 Delkonklusion Ud fra analysen af driften af varmepumpe #3 og varmepumpe #1, kan det konkluderes at der ved brug af

HBX vapor quality sensoren, kan opnås en øget COP på over 6%. Begge undersøgelser har givet ens

resultater, hvilket styrker validiteten af opgaven.

Der kan sættes spørgsmål tegn ved, om samme forbedrede COP ville være opnået blot ved ændring af

sætpunktet på overhedningsstyringen: Carel EVD evolution. Ud fra resultaterne kan der argumenteres for,

at en reducering ved brug af overhedningsstyringen, vil medføre slug i systemet, hvilket vil skabe stor

pendling. Dette ses ud fra resultaterne fra afsnit 11.1.1, og kan underbygges af: "Hvis man oplever

pendlinger i temperaturen (…) skyldes det, at overhedningen er for lille. s.366 (Nielsen, 2010)

Som nævnt, er det blevet belyst fra erhvervs- og interesseorganisation Dansk Energi, at der ved etablering

af nye varmekilder i bygninger anbefales varmepumper frem for installering af nyt oliefyr. Ved betragtning

af resultaterne fra anlæg #3 og #1, kan det derfor anbefales, at HBX vapor quality sensoren anvendes til

væskeregulering i fordamperfladen ved installering af ny varmepumpe.


45

12 Investering Investeringsgrundlaget for valg af HBX vapor quality sensor fremfor Carel EVD overhedningsstyring, vil i

følgende afsnit blive undersøgt.

På baggrund af delkonklusionen i foregående afsnit, vides det nu, at HBX sensoren er at foretrække rent

driftsmæssigt. Dermed sagt vil en eventuel udskiftning af Carel EVD evolution, ikke nødvendigvis være at

foretrække. Selvom der ikke er særlig stor pris forskel på henholdsvis Carel EVD overhedningsstyring og

HBX vapor quality sensoren, undersøges de fremadrettet besparelse, for anskueliggørelse af miljømæssige

konsekvenser.

Investeringssummen for HBX sensoren: 2625kr. Prisen ved overhedningsstyringen: 2000kr. Derved fremgår

prisdifferencen ved markedsskøn, uden mængderabatter:

2625𝑘𝑟 − 2000𝑘𝑟 = 625𝑘𝑟 (24)

Ved installation af HBX sensoren i varmepumpe, forventes der at skulle bruges to timer ekstra til

varmepumpeinstallatøren, for kalibrering af HBX sensor til den enkelte varmepumpe kreds.

2 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑟 𝑎𝑓 500𝑘𝑟 = 1000𝑘𝑟. (25)

For at finde tilbagebetalingstiden og den ændrede CO2 belastning, benyttes nedenstående udregning til at

finde det forventet strømforbrug, fremgangsmåden for forventet strømbesparelse er udført ved hjælp fra

SVK-Energi.

Ved undersøgelse af middelforbruget af olie, kan et tilnærmet strømforbrug for varmepumperne findes.

Som nævnt i afsnit 8.1.1 , fremgår olieforbruget mellem: 6000 - 7500l olie pr. år. Middelforbruget svarer

derved til:

�̇�𝑜𝑙𝑖𝑒 = �̇�1 + (

�̇�2 − �̇�1

2) ⇒ 6000𝑙 + (

7500𝑙 − 6000𝑙

2) = 6750𝑙 𝑜𝑙𝑖𝑒 𝑝𝑟. å𝑟.

(26)


46

Strømforbruget pr. år:

𝑃𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑 . =𝑜𝑙𝑖𝑒𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔 ∗ 𝑄𝑜𝑚𝑟𝑒𝑔𝑛

𝐶𝑂𝑃 ⇒

6750𝑙 ∗ 8,5

2,7= 21250𝑘𝑊ℎ (27)

Pris pr. kWh: 2𝑘𝑟

Prisen for ét års varmepumpedrift ved brug af Carel EVD overhedningsstyring:

𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑎𝑓 𝑠𝑡𝑟ø𝑚𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔 = 𝑃𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑 ∗ 𝑝𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑘𝑊ℎ ⇒

21250𝑘𝑊ℎ ∗ 1,7𝑘𝑟 = 36125𝑘𝑟 (28)

Prisen for ét års varmepumpedrift, ve brug af HBX vapro quality sensor:

𝑃𝐻𝐵𝑋 = 𝑃𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑 − (𝐶𝑂𝑃𝑓𝑜𝑟𝑏𝑒𝑑𝑟𝑒𝑡 ∗ 𝑃𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑

100) ⇒

21250𝑘𝑊ℎ − (6,3% ∗ 21250𝑘𝑊ℎ

100) = 19911,25𝑘𝑊ℎ (29)

𝑃𝑟𝑖𝑠 𝑎𝑓 𝑠𝑡𝑟ø𝑚𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔 = 𝑃𝐻𝐵𝑋 ∗ 𝑝𝑟𝑖𝑠 𝑝𝑟. 𝑘𝑊ℎ ⇒ 19911,25𝑘𝑊ℎ ∗ 2𝑘𝑟 = 33849𝑘𝑟 (30)


47

For anskueliggørelse af den fremadrettet tilbagebetaling, ved brug af HBX sensoren, sættes strømforbruget

ind i et skema for undersøgelse af tilbagebetaling, ved brug af kapitalværdimetoden. Der tilføjes en

indkøring af HBX sensoren på to timer, svarende til en løn på 1000kr.

I det nettoindbetalingen er fundet, kan denne overføres til en investeringskalkule, udtrykt ved

nedenstående skema.

Diskonteringsfaktoren er fundet ud fra Rentetabel 2 (Waarst & Bang, 2007) ved en kalkulationsrente på

10%.

Det ses altså ud fra ovenstående skema, at HBX sensoren teoretisk set er tilbagebetalt inden ultimo det

forløbende år. Og ved en femårig periode, vil være en tilbagebetaling på 6911kr.

Ud fra det reduceret strømforbrug, kan det foruden tilbagebetalingen, undersøges hvilken

samfundsmæssig gevinst, der vil forekomme ved brug af HBX vapor quality sensoren, fremfor

overhedningsstyringen, med henblik på miljøbelastningen. Dette betragtes ud fra et reduceret elektrisk

forbrug på varmepumpe, samt den gennemsnitlige emission belastning af CO2 pr. kWh. Ifølge den

kommunale organisation Økolariet i Vejle, ”udledes der i Danmark 0,5 kg CO2 for hver kWh” elektricitet.

(Økolariet, 2017)

Den ændrede CO2 udledning kan derved findes:

𝑈𝑑𝑙𝑒𝑑𝑛𝑖𝑛𝑔 =𝑃𝑜𝑣𝑒𝑟ℎ𝑒𝑑 − 𝑃𝐻𝐵𝑋

𝑢𝑑𝑙𝑒𝑑𝑡 𝐶𝑂2 𝑝𝑟. 𝑘𝑊ℎ ⇒

21250𝑘𝑊ℎ − 19911,25𝑘𝑊ℎ

0,5𝑘𝑔

𝑘𝑊ℎ

≈ 0,7𝑡𝑜𝑛 𝐶𝑂2 (31)

Ud fra udregningerne ses det, at der ved brug af HBX vapor quality sensoren, vil være en reducering af 𝐶𝑂2

udledningen på 0,7𝑡𝑜𝑛 pr. år.


48

12.1 Risiko ved investering i HBX vapor quality sensor Den lave investering af HBX sensoren anses ikke for værende et produkt der er forbundet med en betydelig

risikovurdering, hvilket betragtes ud fra den lave prisdifference af de to omtalte produkttyper. I tilfælde af

at rapportens resultater, ikke vil være gældende på andre anlæg, anses muligheden for at benytte HBX

sensoren, i en driftform med en høj overhedningsstørrelse, som værende mulig. Derved anses sensoren for

som minimum at kunne levere samme effekt som en traditionel overhedningsstyring.

12.2 Opsummering Med afsæt i en udregning af et tilnærmet strømforbrug til varmepumpedrift, er det ved en

kapitalværdimetode blevet belyst, at HBX sensoren er tilbagebetalt ved ultimo af installationsåret.

Derforuden fremgår det ud fra udregningerne, at der ved brug af HBX sensoren vil ske en reducering af 𝐶𝑂2

udledningen svarende til 0,7ton pr. år.

Tilbagebetalingen er videre skematiseret ved nedenstående graf, der viser tilbagebetalingen som funktion

af de fremadrettede år.

Set fra det økonomiske perspektiv, anbefales det ligeledes at benytte HBX vapor qulaity sensoren i stedet

for en overhedningsstyring, da udbyttet af sensoren er væsentligt større end prisen. Dette er blandt andet

undersøgt ved bilag 18.7.

Figur 34 - Tilbagebetaling (Eget arkiv, 2017)


49

13 Diskussion af validitet Ved betragtning af opgaven vælges det at undersøge, om hvorvidt metodetilgangen har været optimal. Den

metodiske tilgang har taget udgangspunkt i en kort anlægsundersøgelse, princippet og virkemåde bag de

enkelte sensorer, samt indsamling af resultater af driften. Ved en metodekritisk tilgang, kan der

argumenteres for, at indsamlingen af de præsenteret resultater i rapporten er øjebliksværdier, taget et

døgns drift i betragtning. Optimalt ville resultater, der var logget over et døgn være at foretrække. Set fra

modsatte perspektiv findes fordelen ved brugen af ti minutters målinger, at driftsbelastningen er ens ved

henholdsvis HBX sensoren og overhedningsstyringen. Dette skyldes den omgivende temperaturen og

luftfugtigheden ved fordamperen er ens, bygningen har samme effektforbrug samt en ikke ændret

tilrimning af fordamperen.

Ved en længere tidsperiode, kvantitet i rapporten, kan der argumenteres for at et mere overbevisende

resultat ville findes, det dog undladt som anført i afgrænsninger.

Måleusikkerheden gennem rapportens dataindsamling, betragtes ikke som en væsentlig faktor, da måle-

udstyret som er benyttet til målinger ved begge reguleringsformer sidder fastmonteret. Derved vil en

afvigelse af måleusikkerhed være lige afvigende ved begge målinger, hvilket forventes at give det samme

resultat.

Endvidere kan det ud fra driftsanalyserne ses, at resultaterne fremstår i overensstemmelse med

producentens påstande om reducering af overhedning samt en muliggørelse for at hæve sugtrykket, ved

brug af HBX vapor quality sensorer, for en forøgelse af anlægget COP. (HB Products, 2017)


50

14 Konklusion I opgaven er det blevet undersøgt, hvilke driftsmæssige ændringer der vil forekomme ved regulering af

væskeindsprøjtning i fordamperen, ved brug af HB Products´ HBX vapor qulaity sensor kontra den

traditionelle overhedningsstyring: Carel EVD evolution. Analysen af de to reguleringstyper er sket på

baggrund af en anlægsundersøgelse og dataindsamling. Ved brug af de indsamlede målinger, har opgaven

holdt HBX sensoren op mod overhedningsstyringen, for at kunne fastslå, hvordan de to adskiller sig fra

hinanden driftsmæssigt.

Undersøgelserne har taget udgangspunkt i virkemåden bag de to styringer, for præsentation af hvordan

disse adskiller sig fra hinanden. Efterfølgende er der udført tests ved brug af henholdsvis Carel EVD

evolution overhedningsstyring og HBX vapor quality sensor. De udførte tests, er blevet behandlet og vist

ved grafer i opgaven.

Det ses gennem analysen af driften ved varmepumpe #3, at HBX vapor quality sensoren kan benyttes som

styring til væskeindsprøjtningen i fordamperen, såvel som overhedningsstyringen, og at der ved brug af

HBX sensoren vil være en forbedre COP på 6,3%, hvilket stemmer overens med den teoretisk undersøgte

forbedring på 6,25%.

Endvidere viser rapporten at der ved brug af HBX-sensoren er en tilbagebetalingstid på under ét år.

Efterfølgende er det fundet, at der teoretisk er et reduceret elforbrug svarende til 6911kr ved en femårig

driftsperiode. Besparelsen på elektriske udgifter videregiver ikke blot en økonomisk gevinst, men også en

reducering af CO2-udledningen på 0,7tons pr. år. Med afsæt i anbefalinger fra erhvervs- og interesse-

organisation Dansk Energi, anses HBX vapor quality sensoren også som et produkt, der kan medvirke til en

reducering af emission.

Rapporten vurderer, at HBX vapor quality sensoren fungerer, som en udmærket substitut for overhednings-

styringen. Rapporten fastslår, at der fortsat er behov for optimering af indstillingerne af HBX sensoren, da

det ud fra målingerne af kompressorens tryksgas ses, at der sker en reducering af trykgastemperaturen,

ved kompressorens afgangsside.


51

15 Perspektivering På baggrund af rapporten, vides det at HBX vapor quality sensoren kan benyttes i stedet for en

overhedningsstyring, til regulering af væskeindsprøjtningen i en fordamper, og at denne økonomisk er at

foretrække. Ved videre undersøgelse af driftsmæssige konsekvenser ved brug af HBX sensoren, fremstår

følgende emner som oplagte undersøgelsesområder:

Færre afrimninger

Som rapporten beskriver, muliggøre en reduceret overhedning et lavere sugetryk i fordamperens

afgangsrør. Rapporten viser blandt andet, ved varmepumpe #3, at reduceringen af overhedningen, i dette

tilfælde, medfører en formindsket fordampertemperatur med 2,4°𝐶. Dermed sagt fremgår

fordamperfladen varmere ved brug af HBX sensoren.

Derved kan der argumenteres for, at fordamperfladen ikke vil binde fugten, i den omkringværende luft, i

samme omfang, og derved vil fordamperen ikke tilrime i samme grad, som ved brug af overhednings-

styringen. Ved en senere tilrimning sandsynliggøres det, at anlægget ikke behøver at afrime i samme

omfang, hvilket forventes at give en økonomisk gevinst, da varmestave har er stort effektforbrug.

Korrekt væsketilstrømning i fordamperen

Ved brug af ammoniak som kølemiddel, har andre undersøgelser vist, at HBX vapor quality sensoren kan

opfange en ujævn væsketilstrømning i fordampere (bilag 18.8). Ved brug af overhedningsstyringen, kan det

ses ved bilag 18.9, at tilrimningen af fordamperen sker ujævnt. Det vidner om, at overhedningsstyringen

sammen med fordelingssystemet ikke formår at fylde fordamperen optimalt, men kølemidlet inde i

fordamperen ses som ”propstrømning”, også kaldet slug flow.

Ved videre undersøgelse af HBX vapor quality sensoren, kan det være interessant at undersøge, om

overhedningsstyringen fordeler væsketilstrømningen anderledes end HBX sensoren, eller om væske-

fordelingen primært sker på baggrund af fordamperens væskefordeler.

Konsekvenser af rapportens resultater

Ud fra opgavens resultater kan det undersøges, hvilken fremtid HBX vapor quality sensoren har ved HFC-

kølemidler i varmepumper og køleanlæg. Rapportens konklusion vidner om et potentiale, i form af

økonomiske besparelser. Som nævnt i rapporten, er standardindstillingerne for overhedningsstyringen ikke

optimale indstillinger. Den økonomiske besparelse HBX sensoren vil kunne medføre, har altså et teoretisk

større potentiale, da andre anlæg med overhedningsstyring, forventes at være i drift med

”standardindstillinger”.


52

Rapporten konkluderer ved afsnit 11.1.3 at der kontinuerligt befinder sig mere kølemiddel i fordamperen

ved brug af HBX sensoren. Samtidig fortæller HBX sensoren, at der sker en fuld fordampning, inden

kølemidlet forlader fordamperen. Derved bør fordamperen kunne fjerne mere varme fra dens omgivelser,

hvilket forventes at kunne forstørre fordamperens effekten ved brug af HBX sensoren i et køleanlæg.


53

16 Bibliografi Carel, 2009. Carel. [Online]

Available at: http://www.carel.com/documents/10191/0/+302240521/7536b4d4-ef5b-4f03-ac48-

42bf90e1345d?version=1.0

[Senest hentet eller vist den 11 09 2017].

Dansk Energi, 2017. Lad energisektoren løfte Danmarks klimaindsats, Frederiksberg: Dansk Energi.

Eget arkiv, 2017. Hasselager: Coolpack.

EUDP, 2017. Energi-, Forsynings- og Klimaministeriet. [Online]

Available at: https://ens.dk/ansvarsomraader/forskning-udvikling/eudp


European Commission, 2017. European Commission. [Online]

Available at: https://ec.europa.eu/clima/change/causes_da


Gravesgaard, L., 2017. SVK Energi. [Online]

Available at: http://svk-energi.dk/p/om-os


HB Products, 2017. HB Products. [Online]

Available at: http://www.hbproducts.dk/da/produkter/hfc-sensorer/hfc-gaskvalitetssensor-dx


Henley, J., 2015. The Guardian. [Online]

Available at: https://www.theguardian.com/environment/2015/oct/26/cold-economy-cop21-global-

warming-carbon-emissions


Kabusa, u.d. Kabusa. [Online]

Available at: https://www.kabusa.com/Dilectric-Constants.pdf


Nielsen, E., 2006. Noget om Køleteknik - Bind II. 3. Udgave - Bind 2 - 1. oplæg red. s.l.:Forlaget Teknikdata.

Nielsen, E., 2010. Noget om Køleteknik - Bind I (2010). 4. Udgave, 1. oplag 2010 red. s.l.:Forlaget Eigil.dk.

Petersen, P. E., 2006. Elektroteknik 1. 5. Udgave red. København: Bogfondens Forlag A/S.

SVK Energi, 2017. Tanker og Idéer bag skitse systemopbygning. Hasselager: SVK Energi.

Videncenter for Energibesparelse i Bygninger, 2017. Byggeri og energi. [Online]

Available at: http://www.byggeriogenergi.dk/media/1725/konvertering-til-luft-vandvarmepumpe_ok.pdf


Waarst, J. & Bang, K. E., 2007. Erhvervsøkonomi - Videregående uddannelser. Aarhus: Academica.

Økolariet, 2017. Viden gennem oplevelser. [Online]

Available at: http://www.okolariet.dk/viden-om/klima/ideer-til-skolen-klima/inspirationsmateriale-niveau-

2/co2-i-hjemmet/el-og-co2-udledning#.WjD2tEriaUk


54

17 Figurliste Figur 1 - Metodisk tilgang - Eget arkiv ............................................................................................................... 9

Figur 2- Luft til vand varmepumpe s.210 (Nielsen, 2006) ............................................................................... 12

Figur 3 - Samfundsøkonomiske priser på boligopvarmning s.30 (Dansk Energi, 2017) .................................. 13

Figur 4 - Log(p)-h diagram s. 59 (Nielsen, 2010) .............................................................................................. 14

Figur 5 - Log(p)-h diagram - Ændring af overhedning (Eget arkiv, 2017) ........................................................ 15

Figur 6 - For stor overhedning - s. 369 (Nielsen, 2010) ................................................................................... 16

Figur 7 - For lille overhedning s. 369 (Nielsen, 2010) ...................................................................................... 17

Figur 8 - Mulig anlægs optimering (HB Products, 2017) ................................................................................. 17

Figur 9 - Oversigt for installation af Superheat controller (Carel, 2009) ......................................................... 18

Figur 10 - Kondensator opbygning s.52 (Petersen, 2006) ............................................................................... 19

Figur 11 – Dielektricitetskonstanter (Kabusa, u.d.) ......................................................................................... 20

Figur 12 – HBX vapro quality sensor – tværsnit - Eget arkiv............................................................................ 21

Figur 13 - Oversigt for installation af HBX vapor quality sensor – Eget arkiv .................................................. 21

Figur 14 - Anlægsopbygning (Eget arkiv, 2017) ............................................................................................... 23

Figur 15 - PI-diagram (Eget arkiv) .................................................................................................................... 27

Figur 16 - HBPS - Lavtryk (Eget arkiv, 2017) .................................................................................................... 28

Figur 17 - HBLC niveaumåler (Eget arkiv, 2017) .............................................................................................. 28

Figur 18 - HBX sensor (Eget arkiv, 2017) ......................................................................................................... 29

Figur 19 - Temperaturer (Eget arkiv, 2017) ..................................................................................................... 30

Figur 20 - HBLC Niveaumåler (Eget arkiv, 2017) .............................................................................................. 30

Figur 21 - HBPS trykgas (Eget arkiv, 2017) ....................................................................................................... 31


Figur 23 - HBCP kompressorbeskyttelse (Eget arkiv, 2017) ............................................................................ 31

Figur 24 - Temperaturer (Eget arkiv, 2017) ..................................................................................................... 34

Figur 25 - HBLC niveaumåler (Eget arkiv, 2017) .............................................................................................. 34


Figur 27 - HBCP kompressorbeskyttelse (Eget arkiv, 2017) ............................................................................ 35

Figur 28 - HBPS trykgas (Eget arkiv, 2017) ....................................................................................................... 35

Figur 29 - Drift ved Carel EVD evolution og HBX vapor quality sensor (Eget arkiv, 2017) .............................. 38

Figur 30 - Temperaturer - HBX vapor quality sensor (Eget arkiv, 2017) .......................................................... 41

Figur 31 - Temperaturer - Carel EVD evolution (Eget arkiv, 2017) .................................................................. 41

Figur 32 - HBX sensor - Carel EVD evolution (Eget arkiv, 2017) ...................................................................... 42

Figur 33 - HBX sensor - HBX vapor quality sensor (Eget arkiv, 2017) .............................................................. 42

Figur 34 - Tilbagebetaling (Eget arkiv, 2017) ................................................................................................... 48

Documents

Reducering af overhedning i varmepumper · anbefaling til konvertering fra ældre oliefyr til en frekvensreguleret varmepumper, for reducering af emission og muliggørelse af en økonomisk