Ämne: Varför är VP:n mindre effektiv vid högre temperaturer?

[Percy]

Hej,

För att få grunderna i VP:s ABC i skick: Varför behöver VP:n med energi när den höjer temperaturen från t.ex. 40-60 °C än från 20-40 °C? Vilken del av processen är mer energikrävande vid högre temperaturer?

Tack på förhand!

[lulegurra]

Jag vill tro att det beror till stor del av att kompressorn måste bygga upp högre tryck ju högre temperatur.
Alltså högre temperatur ger högre tryck i kylkretsen. Kompressorn går tyngre med följd av att den drar mer ström.
Så tänker jag mig att det hänger ihop iaf
Sen finns det säker mer avancerade förklaringar, som nån expert här säker kan svara för.

[Roland]

För att producera samma antal kWh värme vid den högre temperaturen går det teoretiskt åt färre antal kWh el i fallet 40 till 60 grader än i fallet 20 till 40. Handlar det om samma värmepump med samma köldmedium kommer däremot den effekt kompressorn drar att vara betydligt högre i fallet 40 till 60 grader eftersom köldmediets ångtryck är betydligt högre vid 40 grader än vid 20 grader. Kompressorn kommer att pumpa en betydligt större mängd köldmedium för varje varv den snurrar och det kräver mer el. I gengäld behöver den inte gå så länge för att producera ett visst antal kWh värme.

[Carl N]

Oavsett vilket köldmeduim man har så är tryck/temperatur-förhållandet för kokpunkten exponentiell.
Det är helt enkelt så att tryckskillnaden för kokande köldmedium är högre för spannet 40-60 °C än för spannet 20-40 °C.
Och ju högre tryckskillnad ju mer måste kompressorn jobba.

Sen får man lägga till den effekt som Roland beskriver att kompressorn får med sig mer gas för varje varv om suggasen har en högre temperatur.

[Rickard]

Men hallå, den store skillnaden ligger väl inte i vilken temperatur värmepumpen gör, utan vilken skillnad det är på temperaturen i förångaren/värmetaget (Mark/bergkollektorn, utedelen på en luft/vattenvärmepump eller en luftvärmepump) och temperaturen på kondensorn/det värmeavgivande systemet.

Om man värmer med bergvärme och har 0 grader i förångaren och 40 grader i kondensorn, eller +20 grader i förångaren och +60 grader i kondensorn blir det inte så stor skillnad i verkningsgrad.
Däremot om man har 0 grader i förångaren i både fallen så blir det en enorm skillnad beroende på om man producerar 40 eller 60 grader till kondensorn.

[Roland]

Visserligen ökar ångtrycket exponentiellt men arbetet per molekyl som krävs för kompression från P_L till P_H där indexen L och H står för lågt resp. högt tryck är proportionellt mot ln(P_H/P_L) så där försvinner effekten av tryckets exponentiella ökning. Bär sig köldmediet åt som en ideal gas blir kompressionsarbetet per molekyl i de bägge fallen proportionellt mot ln((273+60)/(273+40)) resp. ln((273+40)/(273+20)). Det första utrycket är mindre än det andra. Det är enbart det faktum att kompressorn suger i sig betydligt fler molekyler per varv som gör att effekten ökar.

Det står "från t.ex. 40-60" osv. i frågan vilket jag har tolkat som att det handlar om att höja temperaturen från 40 till 60 grader resp. från 20 till 40 grader.

[Gustaf S]

Tolkar jag det rätt då att om samma pump med samma förutsättningar i ena fallet går mot säg 35grader fram och i det andra 55grader fram ger mer effekt vid 55grader?
Att kompressor effekten ökar och att den får jag tillbaka förstår jag, men ökar urtaget av energi ur förångaren likaså?

//Gustaf

[Rickard]

Kompressorn förbrukar mer effekt ju varmare gas den producerar, men ger lägre uteffekt, COP blir sämre ju högre temperaturer den producerar.
Och omvänt, ju kallare desto mindre effekt drar kompressorn, och desto högre blir uteffekten - COP förbättras.

Det är alltså inte bara så att den drar mer energi vid höga temperaturer, den lämnar också ifrån sig avsevärt mycket mindre energi och därför blir COP så mycket lägre i ett system som kräver höga framledningstemperaturer.
Vi brukar lite slarvigt säga att det rör sig om ca 3% sämre COP för varje grad varmare vatten som produceras av en värmepump.

[Gustaf S]

För att producera samma antal kWh värme vid den högre temperaturen går det teoretiskt åt färre antal kWh el i fallet 40 till 60 grader än i fallet 20 till 40. Handlar det om samma värmepump med samma köldmedium kommer däremot den effekt kompressorn drar att vara betydligt högre i fallet 40 till 60 grader eftersom köldmediets ångtryck är betydligt högre vid 40 grader än vid 20 grader. Kompressorn kommer att pumpa en betydligt större mängd köldmedium för varje varv den snurrar och det kräver mer el. I gengäld behöver den inte gå så länge för att producera ett visst antal kWh värme.

Det här tolkar jag som att effekten ökat, att cop blir lägre är jag med på.
Det lilla jag förstått och trott är att effekten minskar vid högre fram, men det Roland skrev vände på de hela.

[Percy]

Tackar,
Djupare in i fysikens snåriga djungel behöver ni inte gå för min del. Intressant att ta del av den kunskap som finns här på forumet!

[Carl N]

Visserligen ökar ångtrycket exponentiellt men arbetet per molekyl som krävs för kompression från P_L till P_H där indexen L och H står för lågt resp. högt tryck är proportionellt mot ln(P_H/P_L) så där försvinner effekten av tryckets exponentiella ökning. Bär sig köldmediet åt som en ideal gas blir kompressionsarbetet per molekyl i de bägge fallen proportionellt mot ln((273+60)/(273+40)) resp. ln((273+40)/(273+20)). Det första utrycket är mindre än det andra. Det är enbart det faktum att kompressorn suger i sig betydligt fler molekyler per varv som gör att effekten ökar.

Nu blandar du friskt COP med driveffekt, kompressorarbete per molekyl är direkt proportionerligt med COP, inte med driveffekten. Men du har rätt i att räknar man COP så tar det ökade kompressorarbetet ut effekten av den högre tryckskillnaden vid den högre temperaturen.

[Roland]

Jo, jag blandade lite väl friskt där. Tvivlar på att mitt resonemang om kompressionsarbetet stämmer, det var nog feltänkt där även om det skulle vara isoterm kompression. I vilket fall som helst är COP större i fallet 40-60 vilket betyder att köldmediet tillförs mindre energi för samma producerade värmemängd jämfört med 20-40.

[Rickard]

Gustaf S:

Kan du förtydliga vad du menar med 20/40 och 40/60.
Är det vbr/vbf?
Och om det är det (som jag antagit) vad är temperaturen på kalla sidan, i förångaren?

Roland:
Om vi utgår från att 20/40 och 40/60 är vbr/vbf och vi hela tiden jobbar mot en bergborra som ger 0 grader på inkommande KB, inte kan väl COP vara högre vid 40/60.

[Gustaf S]

Nu blandade du nog ihop mig med trådskaparen men jag antar som du (fram/retur värmebärare).

[Gustaf S]

Näe han skrev ju höja från 20 till 40 resp 40 till 60.