Ämne: En undersökning av hur COP påverkas av olika hastighet på värmebärarpumpen

[Roland]

Har man ett köldmedium med glide rekommenderas det att deltaT på värmebärarsidan ska vara 5-10 grader. Handboken till min pump anger 7-10 grader. Rent teoretiskt verkar det rimligt. Om utgående värmebärare har samma temperatur som daggpunkten hos köldmediet (brukar rekommenderas) blir
VBin = VBut – (glide) – (köldmediets underkylning) – (temperaturdifferensen köldmedium/värmebärare i botten av kondensorn vid köldmediets utlopp).

Gliden för R407 vid en kondenseringstemperatur runt 40 grader är 5 grader. Temperaturdifferensen över värmeväxlaren verkar inte vara mer än någon grad eller två enligt vad jag kan se på min pump. Underkylningen kan man till viss del välja genom att ändra värmebärarflödet men den bör vad jag förstår liten. Den extra värme man får per grad underkylning är låg, mindre än en procent av kondensationsvärmet. Den optimala temperaturdifferensen bör därför vara gliden plus 3-4 grader, alltså 8-9 grader. 

För att testa vad som gäller i verkligheten har jag gjort ett antal testkörningar. Utomhustemperaturen var några minusgrader vilket passade bra. Pumpen går då dygnet runt vilket ger stabila förhållanden. Jag loggade temperaturvärden var 20:e sekund och valde perioder på runt 10 minuter där medelvärdet av Vbin och Vbut blev lika för vid de olika driftfallen för värmebärarpumpen, 39,3 eller i ett fall 39,4 grader. Jag valde konstant medelvärde för att jag anser att det motsvarar ungefär lika stor av given värmeeffekt från radiatorerna. Det är ju konstant temperatur inne som är det viktiga.
Jag använde deltaT för köldbäraren som mått på värmeupptaget från köldbäraren. Flödet bör vara konstant oavsett vad som händer på varma sidan. Medelvärdet på Kbin varierade mellan 0,41 och 0,57 grader mellan försöken med olika inställningar på värmepumpen.

Jag har räknat om alla värden till Kbin = 0,5 grader genom att anta att köldbärardifferensen och elförbrukningen ökar 2 % per grad högre Kbin pga. köldmediets ökade ångtryck. Justerade värden enligt nästa tabell. Givarna har en upplösning på 0,06 grader men i och med att jag har tagit medelvärdet av ett rätt stort antal mätvärden som driver något blir osäkerheten i medelvärdet ändå liten. Resultaten finns i tabellen.

Osäkerheten i värdena motiverar inte tre decimaler men de ger en uppfattning om hur stor påverkan värmebärardifferensen har. Diagrammet visar samma sak. Elförbrukningen har multiplicerats med 2,25 för att få in värdena i samma diagram.

Det är tydligt att det spelar ingen större roll vilken värmebärardifferens man ställer in. Ändringen i COP över intervallet är i storleksordningen en procent. Ändringen i elförbrukning mellan de olika fallen är nästan lika stor som ändringen i värmebärarpumpens elförbrukning. Man kan därför säga att kompressorn drar lika mycket ström oberoende av värmebärardeltat. Det är skillnaden i cirkulationspumpens elförbrukning som ger ändringen i COP.
Att kompressorns elförbrukning skulle vara oberoende av värmebärardifferensen är lite konstigt. Köldbärardifferensen ökar något när värmebärardifferensen ökar. Det betyder att mer köldmedium förångas och transporteras genom kompressorn. Det borde medföra ökad elförbrukning om det inte är så att trycket i kondensorn sjunker så pass mycket att det motverkar effekten av ökat köldmedieflöde. Jag kan inte bedöma om det är rimligt.

Jag är överraskad av resultatet, jag hade väntat mig att det skulle var mer än ca 1 % skillnad i COP. Resultatet gör att varvtalsstyrda cirkulationspumpar som anpassar varvtalet så att pumpen alltid arbetar med optimala temperaturdifferenser på värme- och köldbärare framstår som rätt onödiga vad gäller on/offpumpar. Optimum verkar vara så flackt att man kan köra med konstant fart på värmebärarpumpen. Försök som jag har gjort med köldbärarpumpen tyder på att effekten olika hastighet på den också är liten. Jag undrar om det inte handlar om att kunna ta bra betalt för något som inte kostar så mycket extra. Det verkar i alla fall som om teori och praktik stämmer. COP ökar något upp till en differens på ca 9 grader.

En annan fråga är vilken värmebärardifferens som är bäst när man inkluderar radiatorerna, i vilken mån mitt antagande att värmeavgivningen är densamma om värmebärarens medeltemperatur är densamma. Det är ju inte pumpens COP som ska maximeras utan hela systemets COP. Enligt en radiatortillverkares kalkylprogram ska en radiator som vid 41/39 avger 852 W vid 45/35 avge 888 W. Ökad temperaturdifferens ger alltså något ökad värmeavgivning vid samma medeltemperatur. Jag tycker därför mycket talar för radiatorsystem bör värmebärardifferensen vara uppemot 10 grader. För golvvärme och kombinerat golvvärme/radiatorer gäller säkert andra värden.

[Rickard]

Mycket bra test.
Det enda jag funderar på är om du märkte att det blev varmare inne när du körade med högre deltaT, vilket borde ha gjort att radiatorerna gav lite högre effekt?
I så fall skulle man ju över tid kunna köra med en något lägre kurva, och vinna i energiförbrukning tack vare det.

Min erfarenhet hittills har varit att större deltaT kräver högre kurva (i vart fall när man styr på framledningen) vilket iofs är naturligt då börvärdet ställs mot framledningens medelvärde, inte dess högsta värde.
Om man ökar deltaT med 2 grader borde det kräva en höjning av kurvan med 1 grad, allt annat lika, men om radiatorernas effekt ökar med ökad deltaT så kanske det skulle räcka med en mindre höjning, kanske 0.7 grader, vilket skulle ge ett över året lägre börvärde (0.3 grader lägre än annars) och tack vara det ytterligare kanske 0.5 till 1% besparing?

[Roland]

Det märktes ingen temperaturskillnad inomhus. Försöken tog inte så många timmar och effekten är inte så stor.

För IVT-pumpar som styr med hjälp av returtemperaturen är det tvärtom. Större deltaT = lägre kurva.

Jag håller med om resonemanget med radiatorernas värmeavgivning. Ökat deltaT betyder samma värmeavgivning vid något lägre medeltemperatur fram/retur. Det är en bonuseffekt utöver att pumpens COP ökar med ökat deltaT förutsatt att man inte går förbi optimum.

[Tumpi]

Jag har golvvärme och har samma erfarenheter som Rickard. Större delta kräver högre kurva. Besparning?? Troligen liten.

[ErikB]

Jag ha gjort liknade test på min värmepump.
COP beräknas kontinuerligt utifrån dT på köldbärare och elförbrukning VP.
Skillnaden i dt på värmebärare är ca 3°C (från 6°C till 9°C) när jag ändrar från läge II till läge I på cirkulationspumpen. COP är i stort oförändrad, i alla fall vad jag kan se.

Vinsten för mig är att varmvattentemperaturen ökar med ungefär 3°C till samma COP.
För värmeproduktion kan någon grad i dT kvitta.

/ErikB

[putte82]

Intressant.

Nu kör jag kb och vb pump på max. Båda går enbart när kompressorn går.

Jag har ett delta på ca 4 grader på kb. Om jag tolkar det rätt så skulle jag kunna ändra flöde till ett delta på 8 grader och fortfarande uppnå i princip samma cop. Detta skulle resultera att det tar dubbelt så lång tid för kb att cirkulera ett varv i slangen. Det i sin tur skulle öka tiden kb-in är konstant, i mitt fall från ca 10 till 20 minuter. Efter 20 minuter när kb börjar sjunka borde det rimligtvis sjunka fortare. Men om man ställer pumpen på en relativt kort gångtid, tex en timme, kommer kanske snitt kb-in vare högre. Skall prova.

[Roland]

Min undersökning gällde värmebärarsidan. Det verkar som om optimal differens på köldbärarsidan är 3-4 grader. Jag  tror att 8 grader ger en märkbar försämring av COP men jag har inte undersökt det i detalj än, behöver några dygn med 4 minusgrader för det. Pumpen bör helst gå kontinuerligt.

[putte82]

Klart det var. Tyckte det nämndes kb mycket och att jag nog ville att det skulle vara kb

Nu är det -8 här i vart fall..