Analyse av CO2-varmepumper for varmtvannsberedning av boligblokker

Abstract

SammendragRapporten er skrevet som masteroppgave utført ved NTNU våren 2014 og omhandler det installerte varmtvannsberedningsanlegget ved Tveita borettslag i Oslo. Tveita borettslag ble oppført i 1967, og består av tre boligblokker med totalt 819 leiligheter. Det er nylig utført diverse ENOK-tiltak ved borettslaget. ENOK-tiltakene bestod blant annet av å oppgradere romoppvarmingssystem og varmtvannsberedningssystem. Dette ble gjort ved installering av en 100 kW CO2-varmepumpe til varmtvannsberedning og en 286 kW R-134a-varmepumpe til romoppvarming ved hjelp av radiatorvarme.Tveita borettslag har ikke mekanisk balansert ventilasjon, men har to hovedavtrekkskanaler i hver boligblokk hvor det opprinnelig ikke var noen form for varmegjenvinning. Ved installering av varmepumpene ble det plassert luft/væske-varmevekslere i avtrekkskanalene som avgir varme til en sekundærkrets med sirkulerende frostvæske. Frostvæsken fungerer som varmepumpenes varmekilde.Oppgaven gikk ut på å utføre en totalanalyse av funksjonaliteten til det installerte varmtvannssystemet. Analysen bestod av å vurdere systemløsninger og funksjonalitet for varmekilde, CO2-varmepumpe, akkumuleringssystem og distribusjonssystem.Ved måledataanalyse ble det funnet at CO2-varmepumpen fungerte godt, og beredet varmtvann svært energieffektivt. Det viste seg at temperaturen på varmekilden varierer noe i forhold til sommer- og vinterdrift. Dette vil ha konsekvenser for den oppnåelige varmeytelsen på CO2-varmepumpens gasskjøler og oppnåelig COP. Ved vinterdrift er maksimal oppnåelig COP på varmepumpen 4,5, mens maksimal COP ved sommerdrift er 5,2. Varmepumpens SPF-faktor ble beregnet til å være 4,5, noe som tilsvarer en energibesparelse på 78 % i forhold til varmtvannsberedning ved hjelp av elektriske kolber. Ved analyse av systemløsningen for varmekilde, akkumuleringssystem og distribusjonssystem ble det funnet at disse systemene ikke var like gode som den energieffektive CO2-varmepumpen. Akkumuleringstankene for varmtvann har store temperaturfall i tankene plassert lengst tilbake i kretsen grunnet omrøring ved store avtappede mengder. Sirkulasjonsledningen som distribuerer varmtvannet til brukerne av bygget har ikke isolasjon på returrørene, noe som medfører store varmetap. Dette varmetapet ble dekt ved å installere to akkumuleringstanker med elektriske kolber på returkretsen til sirkulasjonsledningen.CO2-varmepumpen avslutter varmtvannsberedning ved en registrert inngående vanntemperatur på 20 ⁰C på gasskjøleren. På grunn av temperaturfall i akkumulatortanker medfører dette at de bakerste akkumuleringstankene i kretsen ikke får levert varmtvann med høy nok temperatur før varmepumpen stopper varmtvannsberedning. Derfor kjøres det varmtvannsberedning ved hjelp av spisslast kvartalsvis som legionellasikringstiltak. På grunn av legionellasikring og installering av elektriske tanker på sirkulasjonsledningen, vil varmtvannsanleggets reelle prosessvirkningsgrad være lavere enn beregnet SPF.