Ämne: Hur snabbt når en värmepump full effekt?

[Roland]

Jag har några gånger här på forumet sett uppgifter om att det tar några minuter för en värmepump att börja ge full effekt. Jag har varit lite skeptisk till det men har inte haft några bevis för att något annat skulle gälla. Nu har temperaturloggern gjort det möjligt att testa hur det förhåller sig.

Det enklaste sättet är att mäta hur snabbt deltaT för värmebäraren når det värde som motsvarar full effekt. Problemet är att det är faktorer förutom tiden för pumpen att nå full effekt som påverkar hur snabbt slutvärdet på deltaT nås. Responstiden för temperaturgivarna och det faktum att värmeväxlare och rör måste värmas upp spelar roll. DeltaT som funktion av tiden, deltaT(t) blir en sammanlagring av pumpens effekt som funktion av tiden och rör- och mätsystemets egenskaper. Om pumpens uteffekt som funktion av tiden när strömmen slås på är P(t) och mätsystemets svar på en enhetspuls är f(t) blir enligt läroböckerna i matematik deltaT(t) proportionell mot faltningsintegralen av P(t) och f(t).

Efter lite funderande kom jag fram till att f(t) borde man kunna bestämma genom att studera hur temperaturvisningen ändras efter det pumpen har stängs av. Rimligtvis bör man kunna anta att värmeproduktionen upphör rätt momentant när strömmen till kompressorn bryts. Den fortsätter snurra högst någon sekund eller två. Minskningen i deltaT efter det att strömmen bryts skulle då ge f(t). Hur jag sedan skulle få fram P(t) genom att göra en faltningsintegral så att säga baklänges har jag ingen aning om men jag bestämde mig för att ta ett problem i taget.

Jag loggade temperaturern var sjätte sekund efter start och stopp. Diagrammet visar hur deltaT varierar efter start resp. stopp för kompressorn. Under tiden pumpen stod still ändrade sig köldbärartemperaturen och värmebärartemperaturen vilket också medförde att pumpens effekt inte var densamma under bägge mätningarna. Jag har därför, förutom att ha korrigerat för att givarna visar något olika, skalat om deltaVB så att värdet är lika efter 180 sekunder för både start- och stoppfas. I annat fall skulle det har varit en differens på 0,35 grader vid 180 sekunder.

Den röda kurvan bör ligga under den blå. Om pumpens effekt ökar gradvis ska den röda kurvan släpa efter då den blå kurvan representerar det fall att värmepumpens effekt ökar från 0 till 100 % ögonblickligen. Först trodde jag att det var mätfel men sen kom jag på att mitt antagande jag att rörsystemets värmekapacitet var detsamma vid start och stopp inte riktigt stämmer. När pumpen stannar är kondensorn fylld med köldmedium under högt tryck plus att det är kondenserat köldmedium i botten på kondensorn. Värmekapaciteten är därför högre än när pumpen startar. Det gör att deltaT minskar långsammare när pumpen stannar jämfört med när den startar om värmepumpen gav full effekt från första sekunden. Det här löste också problemet med faltningsintegralen. Den blev meningslös i och med att förutsättningen att f(t) gällde både vid start och stopp inte stämde.

I vilket fall som helst verkar det som om en värmepump ger full effekt redan några sekunder efter start. Den värme som lagras i rör och värmeväxlare får man igen när pumpen stannar så det är ingen förlust. Det är bara skenbart som effekten verkar vara lägre under första minuterna. 

Det går att se att kompressor och cirkulationspumpar under de första 15-20 sekunderna drar 1,54-1,60 kW jämfört med ca 1,46 kW efter någon minut. En orsak till det är förmodligen på att förångaren är varmare än när pumpen har gått en tid vilket ger högre förångningstryck. Under försöket gick köldbärarpumpen även när kompressorn stod still.
 
Det tar bara ca 30 sekunder för suggastemperaturen att nå nästan normalt värde. Jag hade väntat mig att det skulle vara större fördröjning i värmeöverföringen mellan rör och bulben till expansionsventilen. Det är ju trots allt en del vätska som ska förångas. 

[svenske kocken]

Det är även så att när motorlindningen blir varm ökar moståndet i lindningarna, inte så mycket men fullt mätbart, så du måste även ta med det i beräkningen. 

[Roland]

Riktigt, tänkte inte på det. Det faktum att kompressorn har svalnat lite medan den stod still 15 minuter spelar säkert också in.

[Smurfen.]

Har för mig att Rinnan gjorde lite tester och även han kom fram till att en vp ger i stort sett full effekt direkt.

[xxargs]

Koppar rör sig ganska mycket i resistans med temperatur, så i teorin kan man få en ganska god uppfattning av motorlindningens genomsnittstemperatur om man DC-resistans mäter den när är kall och känd temperatur och dito mätning precis när den stannat efter strömavslag när den har gått så länge att den nått stadig driftparametrar.

En sak också att tänka på - viskositeten på oljan ändras ganska mycket med värme - så den höjda lindningsresistansen pga. värmen kan mycket väl och mer än så kompenseras av lägre friktion när pumpen arbetar och det nått arbetstemperaturer. Mekanisk och viskös 'resistans' värmer lika mycket som elektrisk resistans och räknat som isentropisk verkningsgrad så kan man inte göra åtskillnad på detta då det är ett uttryck för den totala förlusten i kompressorn i jämförelse med den teoretiska värdet vid en 'perfekt kompressor' vid samma drifttryck och driftparametrarna.

 

[bopakoster]

Under förutsättning att VB-CP går konstant borde man väl kunna se effekten som skillnad mellan VBfram och retur, (effekt=flöde x deltaT) dvs en logg på delta VB mot förlupen tid skulle i så fall räcka för att finna tid till maxeffekt eller?

[karlmb]

2-3 minuter max hos mig, fast ca 80% av effekten ges nästan direkt, resten är väl materialtröghet som sagt:

[Bigfoot]

100% är då också är= bör på flt dvs ex 55 grader om det är det man laddar sin tank med?
På lvvp med inverter tar det betydligt mycket längre tid att nå korrekt flt.
Upp till 15 min i mitt fall vid kallare väderlek, annars flera minuter.
Dock är anledningen till stoppet avgörande för tiden.
Jag är inne på bopakosters linje,  mät effekten och ta med elmotorns tillslag, effekt, Ft och Rt i ett diagram.
Jag påstår inte att du har fel Roland, men högt dt kan du uppnå vid andra temperaturer än korrekt flt (max efekt)då det finns en stor tröghet i vbsystemet.

[Roland]

Under förutsättning att VB-CP går konstant borde man väl kunna se effekten som skillnad mellan VBfram och retur, (effekt=flöde x deltaT) dvs en logg på delta VB mot förlupen tid skulle i så fall räcka för att finna tid till maxeffekt eller?

Det skulle räcka om givarna blixtsnabbt reagerade på en temperaturändring, om radiatorvattnet ögonblickligen förflyttade sig från kondensorn till det ställe givaren sitter och om värmeväxlarens och rörens värmekapacitet var noll. Hade de villkoren varit uppfyllda skulle deltaT när pumpen stannade omedelbart ha sjunkit till noll när pumpen stannade. Den blå kurvan, som är det temperaturändringen när pumpen stannar men spegelvänd kring en horisontell linje, skulle då ha blivit ett trappsteg vid tiden noll upp till max deltaT för värmebäraren. Men eftersom kurvan ser ut som den gör måste man korrigera för fördröjningar i systemet och värmekapaciteten hos rör och annat.

Tiden noll i diagrammet start eller stopp för kompressorn, dvs den första mätpunkt där effekten ändras från noll (cirkulationspumparna har så låg förbrukning att den inte registreras) till full effekt eller omvänt i fallet att kompressorn stannar.  Eftersom det tar några sekunder att mäta effekten (=tiden mellan två blinkningar på elmätaren) betyder det att i praktiken startade pumpen några sekunder före t=0.

[11112]

Vill göra ett tillägg; köldbäraren kyls så länge det finns köldmediet att förånga. Och det kan ta upp till 10min att tryckutjämna om man står och lyssnar efter pysljud i valfri värmepump.

Detsamma gäller vid uppstart; exp. Ventilen måste få ett jämnt vätskeflöde innan den arbetar rätt och förångaren utnyttjas till fullo, så det är bara att GLO i synglaset med tidur i handen så finner man svaret på trådskaparens fråga!

[BMF]

När kompressorn startar är förångnings trycket högt och värmebäraren kall, det ger en högre cop.  Dvs värmepumpen avger mer effekt än när värme/köldbärare nått sina arbets temperaturer.

//M

[Rickard]

Vi har väl sedan tidigare (av Rinnan) redan konstaterat att funktionen hos en värmepump är rätt omedelbar, alltså att COP är hög relativt omgående.
Detta är alltså ännu en sak som är en skillnad "på marginalen" där man i mina ögon kan vara rätt säker på att det inte är en fördel med täta start och stopp, men där det inte heller är helt avgörande för funktionen, på marginalen kan det vara bättre med en inverter.

Denna typ av tester blir dock lätt meningslösa då man bortförklarar alla potentiella tidsfördröjningar med felvisning och materialtröghet, delar av dessa kan ju faktiskt bero på att funktionen inte är optimal de första minuterna, men att det blir svårt eller omöjligt att bevisa med de temperaturmätningar vi har tillgång till.
Samma problem skulle man få om man mätte driveffekt och uteffekt, trögheten och filtreringarna i både elmätare och värmemätare skulle göra det mer eller mindre omöjligt att få fram värden man momentant kan lita på.

Jag fortsätter att arbeta/tänka utifrån principen att det INTE är en fördel att ha många start och stopp på en kompressor, väl medveten om att det inte heller har någon nämnvärd betydelse i det stora hela, inte om man bara ser till COP.
Att värmepumpen försätter att ge lite effekt efter att kompressorn stannat känns som naturligt då det finns ett energiinnehåll i den gas som komprimerats.
Om det inte skapades ett energiinnehåll i gasen skulle COP i uppstarten vara ännu högre.

Summa summarum kan man väl säga att varje varv kompressorn roterar så utför den ett arbete som till största del blir värme som tillförs systemet, COP är alltså hög mer eller mindre så snart den arbetar med att öka trycket på gasen, och att större delen av den "dåliga COP" som vi rimligen kan se innan trycken är stabila återfås i gratis energi efter att kompressorn stannat, den energin återvinns i värme antingen i kompressorn, växlarna eller rören beroende på var kondenseringen sker.

[Rickard]

100% är då också är= bör på flt dvs ex 55 grader om det är det man laddar sin tank med?
På lvvp med inverter tar det betydligt mycket längre tid att nå korrekt flt.
Upp till 15 min i mitt fall vid kallare väderlek, annars flera minuter.
Dock är anledningen till stoppet avgörande för tiden.
Jag är inne på bopakosters linje,  mät effekten och ta med elmotorns tillslag, effekt, Ft och Rt i ett diagram.
Jag påstår inte att du har fel Roland, men högt dt kan du uppnå vid andra temperaturer än korrekt flt (max efekt)då det finns en stor tröghet i vbsystemet.

100% effekt har inget med framledningstemp att göra.
I dessa mätningar tittar man bara på när man uppnår maximal deltaT, alltså temperaturskillnad mellan fram och returledningen, ju större difftemp desto högre effekt (om flödet är oförändrat).
Ju varmare vattnet blir desto lägre blir en värmepumps uteffekt, även driveffekten påverkas negativt av höga temperaturer på vattnet, och kombinationen av högre driveffekt och lägre uteffekt som ett resultat av hög framledningstemp blir att COP blir sämre ju varmare vatten man producerar med värmepumpen.

En inverter har vissa mindre fördelar i att de aldrig/sällan gör varmare vatten än nödvändigt, och att dehar färre start/stopp än en on/off-kompressor.
Nackdelen med kontinuerlig drift är att man hela tiden måste köra cirkpumpar (eller fläktar i luft/vatten) för att tillföra värme från berget/marken (eller luften).
När invertern ligger på lågt varvtal skapas inte så mycket energi, men cirkpump/fläkt förbrukar ändå energi, vilket kan göra att COP påverkas negativt.
Å andra sidan så är värmeväxlarna på både kalla och varma sidan oerhört "överdimensionerade" vid låga uteffekter, och det uppväger helt eller delvis dessa brister.
Det är i alla fall så jag tänker.

[Churchill]

Varvtalet på pumpen påverkar pumpens verkningsgrad det är olika för olika pumpar vilket som är optimalt varvtal. Både för högt och för lågt ger sämre verkningsgrad. Och det är sällan det är just 50 Hz som är optimum. Så med en inverter kan man köra pumpen mer tid på högre verkningsgrad.

[Rickard]

Jag utgår ifrån att en kompressor utvecklad för 50 hz har optimal verkningsgrad vid den frekvensen, kanske lägger sig tillverkarna med optimum vad 55 eller 60 hz för att blidka Amerikanerna, men där någonstans måste det ju ligga.
Vid frekvenser högre än ca 70 hz räknar i vart fall jag att en inverter har sämre COP än en on/off-värmepump, dels på grund av kompressorns optimum, och dels för att man troligen börjar pressa värmeväxlarna rätt hårt när man varvar upp kompressorn.
Vid frekvenser under 50 hz bör rimligen värmeväxlarna vara överdimensionerade, och i detta driftläge tror jag att den överdimensioneringen kompenserar för eventuellt minskad verkningsgrad på kompressorn.
Jag tror det finns ett rätt stort område där invertrarna arbetar effektivare än en on/off-värmepump när man väger in allt detta.

Hur fort en on/off-värmepump har full effekt har nog en rätt liten påverkan på COP i det stora hela, i vart fall så länge pumpen är intrimmad så att den inte startar mer än max 30 gånger/dag, fler starter än så tror jag på fullt allvar gör mer skada än nytta, och då är det osmart att låta värmepumparna jobba på det sättet.