Köpa värmepump?
Spara pengar
Polarpumpen har stort sortiment och låga priser, besök oss!
Annonsera i Värmepumpsforum, klicka här för att ställa e-postfråga och få mer info.
SMS-styrning för din luftvärmepump.
Varför betala dyrt för nåt enkelt?
 

Författare Ämne: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?  (läst 3810 gånger)

0 medlemmar och 1 gäst tittar på detta ämne.

Utloggad Lars L

  • Nybörjare
  • *
  • Stad/land: Skåne
  • Antal inlägg: 2
Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« skrivet: 04 mars 2008, 17:46:30 »

Jag har en IVT Greenline HT Plus C6 ansluten till en 121 m djup brunn (115 m aktiv) med rikligt med vatten (12 m3/h, fyra rejäla sprickzoner i berget). Temperaturen i botten var +10 innan jag tog anläggningen i drift för två år sedan. KBin har hittills alltid varit över fryspunkten.

Jag undrar hur cirkulationen av köldmediet bör vara inställd för att få hela systemet att arbeta optimalt? IVT-pumpen har tre hastighetslägen.

Jag har provat med olika hastigheter. Hög hastighet ger högre temperatur på KBin, vilket rimligen bör öka värmepumpens verkningsgrad. Men samtidigt blir delta-tempen lägre, vilket enligt IVT kundtjänst medför att förångaren inte arbetar optimalt. Det verkar trots allt som att kompressortid och behovet av tillskott från el-patronen minskar med hög hastighet på cirkulationen.

Det vore intressant att lära lite om termodynamiken i borrhålet som måste vara komplicerad med vertikala vattenströmmar, samverkan med bergvägg, värmeväxling med köldbärarslangen, etc. Är det någon som har detaljerade mätningar eller simuleringsresultat eller känner till någon källa med denna kunskap?

Tricket måste vara att hämta upp värmen från botten av brunnen med minsta möjliga kylning från det kalla ytvattnet. IVT har ett diagram som tydligt visar nyttan av hög KB-temp men inget som visar kompressorns verkningsgrad som funktion av delta-t.

Snarlika frågor har redan besvarats men jag vill komma till nästa kunskapsnivå, mest av nyfikenhet.

En spin-off då jag har studerat temperaturer är att laddning av berget med solvärme, en fråga som jag sett någonstans, är meningslös. I min brunn är korrelationen mellan utetemp och KBin total med endast några timmar fördröjning beroende på minskat effektuttag. Alltså en laddning under dagtid är borta nästa morgon; möjligen pga. på den rikliga vattentillgången i min brunn.

//Lars L

Utloggad Carl N

  • Manual-nörd
  • Guldmedlem
  • Dignitär inom värmepump
  • ******
  • Antal inlägg: 20142
  • Alien snowman.
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #1 skrivet: 04 mars 2008, 18:58:20 »
För mig så är temperaturen på KB-in oförändrad med olika hastighet på cirkpumpen, däremot så är KB-ut höge med högre hastighet.

VP:ns COP ökar med högre medeltemp i förångaren så det blir något bättre med en högre cirkhastighet men ett högre läge på cirkpumpen innebär att den drar mer ström. Min bedömning är att om diff KB är 3 ºC eller lägre så vinner man inget på att öka cirkpumpens hastighet, den marginella ökningen av COP äts upp av ökad strömförbrukning i cirkpumpen.

Men samtidigt blir delta-tempen lägre, vilket enligt IVT kundtjänst medför att förångaren inte arbetar optimalt.

Det där tror jag inte på. Det kan finnas en otimal tempdiff över kondensorn men inte över förångaren.
NIBE 1215-5, 120 m aktivt borrdjup, 127 m2 boyta 53 m2 biyta, suterräng byggt 1970. Tidigare 2,5 kbm olja/år, huset tilläggsisolerat i samband med VP-installationen. FST34+1 som frikyla.
---------------------------------------------------------------------
Ca 5500 kWh i drivenergi för VP-drift, ca 5500 kWh HH-el + komfortgolvvärme i snitt/år.

Utloggad Roland

  • Guldmedlem
  • Dignitär inom värmepump
  • ******
  • Antal inlägg: 7106
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #2 skrivet: 04 mars 2008, 20:40:35 »
Då vi har samma typ av pump och rätt lika borrhål skall köldbärarpumpen stå i läge 1. På min pump ökar värmeeffekten med 108 W när pumpen går i läge 2 men elförbrukningen ökar 38 W så COP för den extra elförbrukningen, 2,7, vilket är lägre än vad värmepumpen inkl. cirkulationspumpar har i läge 1. 3,5 var det vid det tillfället. Skillnaden är så stor att mätfel inte skall kunna ändra resultatet. Ökar jag farten från läge 2 till läge 3 blev COP för den extra elförbrukningen under 1.

Optimal temperaturdifferens på köldbäraren är enligt min uppfattning 3-5 grader. Att högre hastighet skulle ge högre ingående temperatur på köldbäraren stämmer inte med min erfarenhet. Högre hastighet skall göra att ingående temperatur sjunker och utgående ökar. Oändligt hög fart skall ge samma temperatur in som ut och då är det inte rimligt att ingående temperatur ökar när hastigheten ökar.

Att IVT:s kundservice säger att förångaren inte arbetar optimalt beror på köldmediets så kallade glide. Teoretiskt får man med en förångare som arbetar i motström bäst verkningsgrad när köldbärarens temperaturdifferens är lika med gliden men det är mer som spelar in. 

+10 grader i botten före start, det måste vara södra Skåne. Att man pumpade upp rikligt med vatten när man borrade behöver inte betyda att borrhålet värms av strömmande grundvatten. Står grundvattnet still har man ingen glädje av sprickzoner med en massa vatten. Några vertikala vattenströmmar i ett borrhål tror jag inte finns. Förhållandet djup/diameter är 1000:1 och temperaturen är ungefär den där vattnets densitet inte ändras med temperaturen. Det finns alltså ingen drivkraft för vertikala konvektionsströmmar.

Googla på SGU i kombination med Varia 511 så får du hänvisning till en skrift som lite beskriver värmeöverföring i borrhål.
5 kW IVT C5 med 118 m aktivt hål (+0,5 grader på KBin på senvintern) i Danderyd som värmer 118 dåligt isolerade m2 i ett plan. Genomsnitt/år maj 2002 till maj 2013: 4095 driftimmar/år, 790 kWh/år tillsatsel. Pumpen klarar ca -3 utan tillsatsel.

Utloggad Peter H

  • Kan värmepumpar
  • ***
  • Stad/land: Stockholm
  • Antal inlägg: 156
  • Värmepumpsforumet är toppen!
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #3 skrivet: 06 mars 2008, 21:31:24 »
Hej

Jag talade med IVT och Autotherm (samma pump) och tekninkerna meddelade att bäst COP erhålles vid ca 3 C tempfall över Brine (för min pump, men jag tror att det gäller de flesta).
Mitt tips är att minska cirk-pumpen tills dess att det blir drygt 3 C i slutet av en körning när det är normaltkallt.

Lycka till

Peter

Villa byggd 1942. Ca 53 m2 i tre plan + ett tillbygge på 38 m2 i 2 plan. Hushållsel, värme och tappvarmvatten ca 33 000 KWh/år innan VP. Autotherm E9, Separat 290L VVB, 100L Volymtank. Nu ca 14 000 KWh/år (totalt) Borrat tokdjupt, 247 meter aktivt hål.

Utloggad Lars L

  • Nybörjare
  • *
  • Stad/land: Skåne
  • Antal inlägg: 2
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #4 skrivet: 02 april 2008, 16:49:23 »
Tack för era svar och i synnerhet för länken till SGU som ledde mig fram till en intressant doktorsavhandling skriven av Signhild Gehlin. http://epubl.ltu.se/1402-1544/2002/39/LTU-DT-0239-SE.pdf

Tyvärr har detta inlägg dröjt pga datorstrul m.m.

Strömförbrukningen i cirkulationspumpen påverkar värmepumpens COP men inte systemverkningsgraden eftersom energin i pumpen blir värme i brunnen som sedan kommer tillbaka till VP. (Här måste ligga en väsentlig skillnad om man jämför bergvärme med t ex sjövärme.)

Carl, jag förstår inte din kommentar att ”Det kan finnas en otimal tempdiff över kondensorn men inte över förångaren.” enligt IVT så finns ett optimum och även Roland antyder det.

Jag måste fråga dig Roland hur du har mätt (eller beräknat) så exakta värden på värmeeffekt och COP.

Enligt SGU:s kartor så skall det vara 9 grader på 100 meters djup i norra Skåne där jag bor. Vid borrningen mätte jag tempen i utsprutande vatten vid passagen av 100 m nivån och tempen var exakt 9 grader. Då hade åtminstone tre sprickzoner passerats så vattnet var en blandning från flera djup. 4-5 veckor efter borrningen (innan VP var installerad) sänkte jag ner en termometer i hålet och mätte 10 grader i ytvattnet. Jag drar slutsatsen att det är ungefär tempen i botten och att konvektion har utjämnat tempen i borrhålet.

Vattnet i borrhålet rör sig pga konvektion som bidrar betydligt till värmetransporten mellan bergvägg och VB-slang (enl. doktorsavhandlingen). Hur sprickzonerna deltar i denna konvektion är det ingen som vet och varje brunn är troligen unik i detta avseende. I mitt område finns inga dricksvattenbrunnar och topologin är sådan att jag inte tror att det strömmar vatten genom sprickzonerna. Eftersom vattnets temperatur rör sig runt +4 grader så befinner man sig i ett intressant temperaturområde då det gäller konvektion. Om brunnsvattnet blir under +4 så rör det sig mot ytan och så småningom kan en ispropp bildas som växer från ytan och neråt. Samma om temperaturen är över +4 så rör vattnet sig mot ytan.

Jag börjar ana att optimal brine-cirkulation kan vara olika om ytvattnet är över eller under +4 grader. Om över +4 så tyder det på att varmt bottenvatten rör sig mot ytan och brine kyls inte så mycket innan den kommer in i förångaren. Här borde låg cirkulationshastighet vara bäst. Omvänt, om ytvattnet är under +4 borde hög hastighet vara att föredra, vilket skulle medföra att den kalla KBut skulle passera det kalla området snabbare och kyla brunnen på större djup och uppvärmd brine skulle snabbare passera det kalla området i toppen av brunnen.

Vid långsam cirkulation kan strömningen i KB-slangen bli laminär och försämra energiöverföringen mellan brine och brunnsvattnet.

Så tycker jag inte om att IVT ger en svävande rekommendation om optimalt delta-t. De borde istället presentera ett diagram där man kan avläsa verkningsgraden vid olika påverkande faktorer. Det kan vara en suboptimering att justera för optimum i en enda komponent i systemet.

Det är lite beklämmande att se dagens värmepumpar. De befinner sig på en tekniknivå jämförbar med bilmotorer på 1950-talet då det inte ens fanns automatchoke. För mig vore det naturligt att VP adapterade automatiskt till den aktuella värmekällans egenskaper.

Mina huvudfrågor är fortfarande obesvarade; Hur är sambandet mellan delta-t och förångarens verkningsgrad och hur får man upp max energi ur brunnen och hur uppnår man max systemverkningsgrad?

(Jag misstänker att begreppet COP är något som VP-tillverkarna har hittat på för att kunna göra benchmarking och för att enkelt kunna jämföra olika värmepumpar. Det som är mest intressant för en villaägare är istället systemverkningsgraden inkuderande husets värmesystem, VP och den aktuella värmekällan.)

Utloggad Kall Kyl

  • Amatör med solfångare men knappast en
  • Dignitär inom värmepump
  • *****
  • Antal inlägg: 1380
  • kW != kWh
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #5 skrivet: 02 april 2008, 17:59:58 »
Strömförbrukningen i cirkulationspumpen påverkar värmepumpens COP men inte systemverkningsgraden eftersom energin i pumpen blir värme i brunnen som sedan kommer tillbaka till VP.
Nu tänker du väl fel? Systemverkningsgraden sjunker! Cirkulationspumpen har cop<1 och energin som "utvinns" ur pumpens förluster är betydligt dyrare än den gratisenergi som finns i berget.

(Här måste ligga en väsentlig skillnad om man jämför bergvärme med t ex sjövärme.)
Det beror väl lite på vilken sida pumpen sitter, före eller efter berget/sjön?

mvh
Pelletskonverterad oljepanna. 2*30 rör från sfinx, vinkel: 70°, riktning: 215°. UVR61-3 solstyrning med flödesgivare och energimätning. 750l tank. Funderar på att skaffa en l/l eller l/v.

Utloggad Carl N

  • Manual-nörd
  • Guldmedlem
  • Dignitär inom värmepump
  • ******
  • Antal inlägg: 20142
  • Alien snowman.
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #6 skrivet: 03 april 2008, 07:24:34 »
Carl, jag förstår inte din kommentar att ”Det kan finnas en otimal tempdiff över kondensorn men inte över förångaren.” enligt IVT så finns ett optimum och även Roland antyder det.

Men samtidigt blir delta-tempen lägre, vilket enligt IVT kundtjänst medför att förångaren inte arbetar optimalt.

Förångningen blir inte sämre av lägre tempdiff, det finns ingen specifik tempdiff där förångningen är max, förångningen är max då tempdiffen är oändligt liten.

Men värmepumpen som helhet har en optimal tempdiff över förångaren på grund av att man måste ta hänsyn till cirkpumpens strömförbrukning.
NIBE 1215-5, 120 m aktivt borrdjup, 127 m2 boyta 53 m2 biyta, suterräng byggt 1970. Tidigare 2,5 kbm olja/år, huset tilläggsisolerat i samband med VP-installationen. FST34+1 som frikyla.
---------------------------------------------------------------------
Ca 5500 kWh i drivenergi för VP-drift, ca 5500 kWh HH-el + komfortgolvvärme i snitt/år.

Utloggad Roland

  • Guldmedlem
  • Dignitär inom värmepump
  • ******
  • Antal inlägg: 7106
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #7 skrivet: 03 april 2008, 20:10:54 »

Strömförbrukningen i cirkulationspumpen påverkar värmepumpens COP men inte systemverkningsgraden eftersom energin i pumpen blir värme i brunnen som sedan kommer tillbaka till VP. (Här måste ligga en väsentlig skillnad om man jämför bergvärme med t ex sjövärme.)

Det håller jag inte med om. En stor del av förlusterna i cirkulationspumpen avges via pumphuset och måste räknas som en förlust. Den del av energin som tillförs köldbäraren är till allra största delen också en förlust då köldbärarens högre temperatur gör att värmeupptaget från berget minskar. Det är av den anledningen återvinningsaggregat typ FLM30 har så dålig verkningsgrad. Det är mindre än 10 % av den till köldbäraren tillförda värmen som återvinns i form av mindre el till kompressorn.

Citera
Carl, jag förstår inte din kommentar att ”Det kan finnas en otimal tempdiff över kondensorn men inte över förångaren.” enligt IVT så finns ett optimum och även Roland antyder det.

Det är olika typ av optimum och det kan vara det Carl syftar på. Optimalt deltaT över kondensorn är kopplat till köldmediets underkyling,  glide och hetgasens temperatur. Man vill ha så lågt tryck i kondensorn som möjligt för en ur värmeavgivningssynpunkt given medeltemperatur på radiatorerna. Man vill ju ha en viss temperatur i huset.

Optimalt deltaT över förångaren har att göra med att summan av kompressorns och köldbärarpumpens skall vara så låg som möjligt. Visserligen drar köldbärarpumpen lite el i förhållande till kompressorn men det är ändringarna i elförbrukning när köldbärarflödet ändras som är det viktiga. Temperaturen i borrhålet spelar ingen roll, den får bli vad den blir. Det finns inget att optimera på samma sätt som på radiatorsidan.

Citera
Jag måste fråga dig Roland hur du har mätt (eller beräknat) så exakta värden på värmeeffekt och COP.

Använde elmätaren och mätte temperaturen efter expansionsventilen med hjälp av Pt100 givare Temperaturmätaren hade en upplösning på 0,1 grad men jag loggade temperaturen och kunde med hjälp av hur temperaturen varierade mellan x grader och  x+0,1 grader uppskatta temperaturen på ca 0,03 grader när. Temperaturförändringarna efter expansionsventilen översattte jag sen till ändrad effekt på värmepumpen.


Citera
Enligt SGU:s kartor så skall det vara 9 grader på 100 meters djup i norra Skåne där jag bor. Vid borrningen mätte jag tempen i utsprutande vatten vid passagen av 100 m nivån och tempen var exakt 9 grader. Då hade åtminstone tre sprickzoner passerats så vattnet var en blandning från flera djup. 4-5 veckor efter borrningen (innan VP var installerad) sänkte jag ner en termometer i hålet och mätte 10 grader i ytvattnet. Jag drar slutsatsen att det är ungefär tempen i botten och att konvektion har utjämnat tempen i borrhålet.
 

Jag tror snarare att 10 grader i ytvattnet beror på att berget närmast markytan var varmare. Det är inte rimligt att den lilla konvektion som det kan bli med tanke på friktionsförlusterna mot bergväggen, slangar och vatten som strömmar åt andra hållet, att den med konvektionen sammanhängande värmetransporten skulle kunna påverka bergets temperatur. För det är ju inte så att vattnet rör sig isolerat i borrhålet, det är bra värmeutbyte med berget. Det är därför bergvärme fungerar.

 
Citera
Så tycker jag inte om att IVT ger en svävande rekommendation om optimalt delta-t. De borde istället presentera ett diagram där man kan avläsa verkningsgraden vid olika påverkande faktorer. Det kan vara en suboptimering att justera för optimum i en enda komponent i systemet.
...............

Mina huvudfrågor är fortfarande obesvarade; Hur är sambandet mellan delta-t och förångarens verkningsgrad och hur får man upp max energi ur brunnen och hur uppnår man max systemverkningsgrad?


IVT:s bruksanvisning, i alla fall den årgång jag fick med pumpen, är inte bra. Men diagram, det verkar vara att skjuta över målet. Det finns tre lägen på köldbärarpumpen att välja mellan. Min uppfattning är att för pumpar 7 kW och mindre och borrhål grundare än 150 meter är det läge 1 som ger bäst verkningsgrad.
5 kW IVT C5 med 118 m aktivt hål (+0,5 grader på KBin på senvintern) i Danderyd som värmer 118 dåligt isolerade m2 i ett plan. Genomsnitt/år maj 2002 till maj 2013: 4095 driftimmar/år, 790 kWh/år tillsatsel. Pumpen klarar ca -3 utan tillsatsel.

Utloggad Roland

  • Guldmedlem
  • Dignitär inom värmepump
  • ******
  • Antal inlägg: 7106
SV: Optimal brine-cirkulation i bergvärmeanläggning?
« Svar #8 skrivet: 04 april 2008, 09:01:25 »

 Eftersom vattnets temperatur rör sig runt +4 grader så befinner man sig i ett intressant temperaturområde då det gäller konvektion. Om brunnsvattnet blir under +4 så rör det sig mot ytan och så småningom kan en ispropp bildas som växer från ytan och neråt. Samma om temperaturen är över +4 så rör vattnet sig mot ytan.

Jag börjar ana att optimal brine-cirkulation kan vara olika om ytvattnet är över eller under +4 grader. Om över +4 så tyder det på att varmt bottenvatten rör sig mot ytan och brine kyls inte så mycket innan den kommer in i förångaren. Här borde låg cirkulationshastighet vara bäst. Omvänt, om ytvattnet är under +4 borde hög hastighet vara att föredra, vilket skulle medföra att den kalla KBut skulle passera det kalla området snabbare och kyla brunnen på större djup och uppvärmd brine skulle snabbare passera det kalla området i toppen av brunnen.


Att konvektionen påverkar värmeöverföringen i radiell led betyder inte att konvektionen har någon betydelse för temperaturfördelningen i höjdled. På sidan 21 i avhandlingen finns ett diagram som visar att det är varmast i botten på borrhålet. Det finns alltså ingen konvektion som utjämnar temperaturen mellan botten och toppen av borrhålet. 
5 kW IVT C5 med 118 m aktivt hål (+0,5 grader på KBin på senvintern) i Danderyd som värmer 118 dåligt isolerade m2 i ett plan. Genomsnitt/år maj 2002 till maj 2013: 4095 driftimmar/år, 790 kWh/år tillsatsel. Pumpen klarar ca -3 utan tillsatsel.

nibe, ctc, baxi, golvvärme, solenergi luft luft, luft vatten, toshiba polar, värmepump luft luft
 

AirPatrol
Besök vår webshop, klicka här!
Energioffert.se
luftvärmepumpar, tillbehör, installationsmaterial, vi har allt!
Lär dig allt om värmepumpar!

Online just nu!

SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal