Lämpöpumpputekniikkaa Tallinna

Transkriptio

1 Lämpöpumpputekniikkaa Tallinna Ari Aula Chiller Oy Lämpöpumpun rakenne ja toimintaperiaate Komponentit Hyötysuhde Kytkentöjä Lämpöpumppujärjestelmän suunnittelu Integroidut lämpöpumppujärjestelmät Mitoitusperusteet Lämpöpumppujärjetelmän taloudellisuus 1

2 Keskisuuret kiinteistön lämmitykseen ja jäähdytykseen valmistetut lämpöpumput Teollisuuden LTO-, lämmitys- ja jäähdytysratkaisuihin valmistetut lämpöpumput Lämmönlähde ~ C Lämmöntuotto ~ C Teholuokka noin kw ja rinnankytkennällä suuremmat kokonaisuudet Lämpöpumppukoneikosta 2

3 3

4 integroituun lämpöpumppujärjestelmään Lämpöpumppu lämmitystoiminto Koneellinen jäähdytys Yhtäaikainen lämmitys ja jäähdytys Passiivi jäähdytys Lämmön lataus/lauhdutus kallioon 4

5 5

6 Lämpöpumppu Rakenne ja Toimintaperiaate 6

7 Lämpöpumppukoneikko Pääkomponentit Kompressori Kylmäaine R410A Höyrystin Lauhdutin Paisuntaventtiili 7

8 Kompressori 8

9 Höyrystin ja Lauhdutin 9

10 Paisuntaventtiili Lämpöpumpun toimintaperiaate 10

11 Lauhdutin 11

12 Höyrystin Kylmäaineen tilapiirros R410A 12

13 Kiertoprosessi Tuotetun lämmön ja käytetyn energian suhde COP = kw 100 kw 50 kw 13

14 Lämpötilatasojen vaikutus COP = 3 COP = 4.7 COP normaalisti välillä 2 5 Lämpötilatasojen vaikutus 14

15 Erikoiskytkennät Tulistuksenpoistolämmönsiirrin 15

16 16

17 Tulistuksenpoisto Tulistuksenpoisto Kylmäaine R410A 17

18 Alijäähdytin 18

19 Alijäähdytys COP = 3 COP = 3.7 Imukaasutulistin 19

20 Koneikosta lämpöpumpuksi Yhden, kahden tai neljän kompressorin koneikot 20

21 21

22 Jäähdytys- ja lämmön talteenottoratkaisut Lämmitysratkaisut Jäähdytys- ja lämmön talteenottoratkaisut Varaaja moduulit Venttiili- ja pumppumoduulit Jäähdytyksen säätöautomatiikka 22

23 Lämmityspuolen ratkaisut Liuosjäähdytin Varaaja- ja pumppumoduulit Ohjaus- ja venttiilimoduulit Lämmönsäätöautomatiikka Lämmönkeruu maasta 23

24 Lämmön lataaminen maahan Esimerkki integroidusta lämpöpumppulaitteistoista 24

25 Lämpöpumppukoneikko Neljän kompressorin yksikkö Ohjauskeskus Ulkopuolinen ohjaus Jäähdytys- ja lämmitystoiminnot Lämpöpumppu lämmitystoiminto Koneellinen jäähdytys Yhtäaikainen lämmitys ja jäähdytys Passiivi jäähdytys Lämmön lataus/lauhdutus kallioon 25

26 Lämpöpumppu lämmitystoiminto Koneellinen jäähdytys Yhtäaikainen lämmitys ja jäähdytys Passiivi jäähdytys Lämmön lataus/lauhdutus kallioon Lämpöpumppu Koneellinen jäähdytys Yhtäaikainen lämmitys ja jäähdytys Passiivi jäähdytys Lämmön lataus/lauhdutus kallioon 26

27 Lämpöpumppu lämmitystoiminto Koneellinen jäähdytys Yhtäaikainen lämmitys ja jäähdytys Passiivi jäähdytys Lämmön lataus/lauhdutus kallioon Lämpöpumppu Koneellinen jäähdytys Yhtäaikainen lämmitys ja jäähdytys Passiivi jäähdytys Lämmön lataus/lauhdutus kallioon 27

28 Lämpöpumppu Koneellinen jäähdytys Yhtäaikainen lämmitys ja jäähdytys Passiivi jäähdytys Lämmön lataus/lauhdutus kallioon Lämpöpumppujärjestelmän suunnittelu 28

29 Mitä tietoja tarvitaan? TEHO Lämpötila Lämpötila Tarvitaanko jäähdytystä Teho, lämpötila Mistä lämpö kerätään Ohjaus???? Integroidut lämpöpumppujärjestelmät Lämmönkeruujärjestelmä Lämpöpumppuyksiköt Lämmön varastointi ja siirto Lisä- ja varalämpöjärjestelmät Jäähdytysenergian tuotto Ohjausautomatiikka Kaukovalvonta 29

30 Lämmönkeruujärjestelmät Suora lämmönkeruu Epäsuora lämmönkeruu Lämmönkeruujärjestelmät Suora lämmönkeruu Pienempi lämpötilaero, parempi p hyötysuhde y Likaantuminen Jäätyminen Korroosio Epäsuora lämmönkeruu Suurempi lämpötilaero, huonompi hyötysuhde Toimintavarmempi 30

31 Lämmönlähteet Vesistö Maaperä Kallio/porakaivot Pohjavesi Ulkoilma Poistoilma Jätevesi Teollisuuden prosessit Kylmäkoneiden lauhdelämpö Vesistö Varma lämmönlähde Syvyys vähintään 2 m Tuotto W/m 31

32 Maaperä Etelä-Suomessa kwh/m kostea savimaa Upotussyvyys m Putkiväli vähintään 1.5 m Max 400 m/kierto, DN40 Porakaivot Mitoitus yleensä tehon mukaan W/m 32

33 p 33

34 Pohjavesi Ulkoilma Ulkolämpötilan laskiessa kapasiteetti ja hyötysuhde laskevat Sulatustarve Puhaltimien energiankulutus suurempi kuin pumppujen Laitteet t suunniteltu yleensä muualle kuin Pohjoismaihin 34

35 Poistoilma Onko perinteistä lämmön talteenottoa? Onko lämmityskauden ulkopuolista lämmöntarvetta? Hallittu poistoilma/tuloilma? Jäähdytystarve kesällä? 35

36 Jätevedet Teollisuusprosessit Hyvä lämmönlähde Suuret energiamäärät Kaukana lämmöntarvitsijoista Lämmönsiirtimien likaantuminen Biologinen puhdistamo sisäinen lämmönsiirto Prosessin jäähdytys Lämmön talteenotto Lämpöpumppuyksiköt Suunnitellaan yksilöllisesti kuhunkin kohteeseen Komponenttien mitoitus käyttöolosuhteiden mukaan, vaikka perusrakenne pysyykin samana Lisävarusteet: esim. tulistuksenpoisto- ja alijäähdytyssiirtimet vain tarvittaessa 36

37 37

38 38

39 39

40 40

41 41

42 Rinnakkaiset lämmityspiirit 42

43 Järjestelmän hyötysuhde Lisälämpöjärjestelmät Yleensä lämpöpumpun teho-osuus mitoitetaan alle 50% maksimi mitoitustehosta, silti tuottaa kokonaisenergian tarpeesta yli 80% Lämpöpumpun ja lisälämmön oikea kytkentä ja ohjaus on ensiarvoisen tärkeä koko järjestelmän energiatehokkaalle toiminnalle 43

44 44

45 Kompressorien ja lisälämmön ohjaus Öljykattilat Lisälämmönlähteet Yleensä edullisin ratkaisu Kaasukattilat Korkeat liittymäkulut Sähkökattilat Kiinteistön sähköliittymäteho saattaa nousta liikaa Kaukolämpö Korkeat liittymäkulut 45

46 Mitoitus ja valinta Tapauskohtaisesti, optimoidaan energia- ja investointikulut Lämpöpumppujärjestelmän kuluttama energia Lisäenergia Investointi Vertailtavan järjestelmän energia Vertailtavan järjestelmän investointi Rahoituskulut Huolto- ja ylläpitokulut Muut tekijät Lämmöntarveprofiili Eri lämpötilatasojen tarve lämmitysjärjestelmässä Koneellinen jäähdytys 46

47 Energiatase Investoinnin kannattavuus Hankintahinta Lämpöpumpun teho Lämpöpumpun ottoteho Korvatun energian hinta Sähkön hinta Vuotuinen käyttöaika kw 300 kw 0,05 /kwh 0,1 /kwh 4000 h/a 47

48 Takaisinmaksuaika Edellisen sivun arvoilla takaisinmaksuaika noin 4 vuotta Kriittinen lämpökerroin 48

49 CHT malliston tehoalueet Chiller Chillquick Thermo Lämpöpumput Tehoalueet: Lämmitysteho maalämpöpumppukäytössä lämpötiloilla 0/+50 C: kw Lämmön talteenottolämpötila alueella +20/+50 C: Lämmitysteho kw, talteen otettu teho kw Jäähdytyskäyttö lämpötila alueella 7/12 C ja 36/42 C: Lämmitysteho kw, Jäähdytysteho kw 49