Driftoptimering av värmepumpssystem

En presentation över ämnet: "Driftoptimering av värmepumpssystem"— Presentationens avskrift:

1 Driftoptimering av värmepumpssystem
Fredrik Karlsson SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut Per Fahlén Chalmers Tekniska Högskola Fredrik Karlsson eff-Sys

2 Två projekt inom eff-Sys
Integrerad styrning av kyl- och värmepumps-anläggningar (t.o.m ) Driftoptimering av värmepumpssystem – behovsstyrning av värme och varmvatten ( till )

3 Bakgrund Optimal drift av värmepumpssystem kräver optimering av: Värmekälla och värmesänka Värmepumpens drift i förhållande till behovet Värmepumpens interna drift Fas 3 Fas 2 Fas 1

4 Systemgränser för arbetet
Fas 1 – Integrerad styrning av kyl- och värmepumpsanläggningar

5 Systemgränser för arbetet
Fas 2 – Driftoptimering av värmepumpssystem

6 Systemgränser för arbetet
Fas 3 – Arbetet framöver

7 Syfte och mål Syftet är att undersöka förutsättningarna för att optimera värmepumpssystemets drift med hjälp av ett överordnat styrsystem och nya komponenter. Optimeringen omfattar det totala systemet, dvs värmepumpens interna drift och värmepumpens drift i förhållande till värmebehovet

8 Antal sålda värmepumpar i Sverige per år
Relevans Kyl-och värmepumpssystem förbrukar ca TWh el per år En effektivitetsökning på 10 % skulle alltså ge en reduktion av elanvändningen med ca 1,5 TWh Den totala elproduktionen från vindkraft 2001 var 0,4 TWh Antal sålda värmepumpar i Sverige per år

9 Metodik Litteraturstudie Laboratorieprov
Bedömning av energibesparingspotential Optimeringsmetod undersökt genom simuleringar Varmvattenberedning undersökt genom laboratorieprov Värmesystemets inverkan undersöks genom kunskapssammanställning

10 Litteraturstudie - resultat
Effektivare värmepumpar kan fås med Varvtalsstyrda kompressorer Varvtalsstyrda pumpar/fläktar Elektroniskt styrda expansionsventiler Varvtalsstyrda kompressorer kan vara effektivare pga: Bättre drift vid dellast Färre cykler av/på Minskat behov av avfrostning Minskat behov av tillskottseffekt

11 Laboratorieprov - experimentvärmepump
Fredrik Karlsson eff-Sys

12 Laboratorieprov - provmetod
Dellastprov enligt prCEN/TS 14825 Varvtalsstyrning Intermittent styrning Driftpunkterna definieras av temperaturen på inkommande köld- och värmebärare Full last definieras som drift med frekvensen 80 Hz Dellasten definieras sedan utifrån värmeeffekten vid fullastprovet Dellasten regleras med varvtalet för varvtalsstyrning och med tiden av/på vid intermittent styrning

13 Laboratorieprov - resultat
Resultat från liknande prov med annan kompressor ej utvecklad för varvtalsstyrning

14 Optimering av värmepumpssystemet
Detta kan delas upp i två delar: Optimal reglering Hitta det bästa sättet att hålla processparametrarna på önskade nivåer Optimal driftpunkt Hitta den bästa driftpunkten

15 Optimeringsmetoder On-line Off-line
För processer utsatta för störningar och där processparametrarna förändras över tiden Off-line Kan användas för processer med långsamma förändringar av processparametrar och få störningar

16 Optimering on-line Långsamma, ofrekventa störningar och snabb dynamik i processen Stationär optimering Direkta metoder Ingen matematisk modell av processen Ofta enkel att implementera Långsam metod Indirekta metoder Kräver matematisk modell av processen Svårare att implementera Snabbare metod Snabba, frekventa störningar Dynamisk optimering

17 Optimera – med avseende på vad?

18 Aktuell optimeringsmetod
Nelder-Meads Simplexmetod

19 Optimering - målfunktion
Optimering utan bivillkor Optimering med bivillkor

20 Optimering utan bivillkor

21 Sammanfattning / Slutsatser
Stor potential för ökad energieffektivitet genom att använda varvtalsstyrda kompressorer Ytterligare förbättrad energieffektivitet kan uppnås genom att utveckla mer energieffektiva pumpar/fläktar Den föreslagna optimeringsmetoden visar lovande resultat men kräver ytterligare utvärdering

22 Fortsättning av projektet
En eller flera optimeringsmetoder tas fram Optimeringsmetod(er) undersöks för olika värmesystem genom simuleringar Den eller de mest lovande koncepten undersöks med fysisk värmepump+reglersystem mot realtidsimulerat hus+värmesystem Effektivare komponenter och optimeringsmetod undersöks även för luftvärmepump bl.a för att få med avfrostningsfunktionen i analysen

23 Projektdeltagare Energimyndigheten
SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut Installationsteknik, CTH Elforsk Nibe IVT Thermia Värme Danfoss JEFF Electronics Wilo Grundfos Uponor Wirsbo Carrier LK Lagerstedt & Krantz REHAU Thermopanel Energimyndigheten