Ämne: Guide om arbetstank och Volymtank

[Rickard]

Guide om arbetstank vs Volymtank

Kopierat från annan plats i forumet då jag tycker att den passar in under fakta-artiklarna.

Olika värmepumpstyper.

En värmepump som värmer hus och tappvarmvatten gör det på två huvudsakliga sätt:

1. Genom att starta och stoppa en kompressorn som i normalfallet har ca 65 till +100% effekttäckning.
Styrningen sker genom att värmepumpens reglerdator mäter utomhustemperatur och i vissa fall rumstemperatur och räknar (med hjälp av en justerbar kurvinställning) ut hur varmt vatten som det värmeavgivande systemet i varje stund behöver. Rumsgivaren finjusterar börvärdet om man av någon anledning får en rumstemperatur som avviker från det önskade.

2. Genom att varvtalsstyra en kompressor som har ca 20 till >100% effekt så att man håller framledningstemperaturen på det värde som reglerdatorn räknat fram (samma typ av styrning som beskrivits ovan) En invertervärmepump går on/off också, då främst under vår och höst när husets energibehov är så litet att även den effekt som värmepumpen ger när kompressorn går med sitt lägsta varvtal är för hög.
Är värmepumpen bra dimensionerad så sker detta under en relativt kort period av den totala drifttiden.

Grundförutsättningar för bra funktion

Grundförutsättningarna för att en värmepump skall gå med så bra driftsförutsättningar som möjligt är att den inte behöver göra så varmt vatten. När en värmepump tvingas producerar varmt vatten, typ varmare än 45-50 grader, så stiger trycket på kompressorns högtryckssida och verkningsgraden sjunker, det påverkar alltså både slitage och besparing negativt att ha en värmepump som tingas producera "onödigt varmt vatten".
Viktiga parametrar för att få en bra funktion och lång livslängd är att man säkerställer flöden genom de två värmeväxlarna i värmepumpen, och flödet i det värmeavgivande systemet.
Detta kan ske på flera sätt, men jag kommer att fokusera på de fyra vanligaste sätten:

Dockning

Grundläggande åtgärder.
I anläggningar med tank eller bypass skall temperaturgivaren för värmepumpens framledningstemperatur flyttas till efter arbetstank, volymtank eller bypassledning för att beräkningarna i reglerdatorn skall bli korrekta. Man kan även behöva göra rätt stora korrigeringar av hysteres eller gradminutberäkningarna i styrdatorn för att få de gångtider man är ute efter. Jag hänvisar till värmepumpens manual för mer info om detta då det kan skilja mellan olika tillverkare.

1. Värmepump ansluten direkt mot det värmeavgivande systemet, utan vare sig arbetstank, volymtank eller bypass.
Man dimensionerar radiatorer/golvvärme för ett flöde som är så högt att värmepumpens nominella flöde kan hanteras utan att flödet blir för högt, eller för lågt, för den värmepump som monteras.
På en värmepump med R407C som köldmedium rekommenderar de flesta tillverkarna mellan 6 och 10 graders deltaT på varma sidan, och ca 3 graders deltaT på kalla sidan (borrhål eller jordvärmeslingan).
På en värmepump med R410A rekommenderas normalt ca 5 graders deltaT på varma sidan.
På kalla sidan är det oftast inga större problem att få till ett bra flöde, men på varma sidan kan det vara knepigare.
En värmepump som körs på detta sätt, direkt mot det värmeavgivande systemet får bara sitt garanterade flöde på ett korrekt sätt om systemets flöde balanseras på ett seriöst sätt, och man inte har just några termostater aktiva - som kan rubba flödesbalansen och göra att deltaT över värmepumpens kondensor hamnar i ett område som ger värmepumpen lägre verkningsgrad.
De allra flesta värmepumpar monteras på detta sätt, och det resulterar rätt ofta i att värmepumpen inte har optimala driftförhållanden, t.ex. om man har en för hög kurva och termostater som stryper bort tillgängligt flöde. En för hög kurva ger lågt flöde i radiatorkretsen, ett högt deltaT över kondensorn, och värmepumpen måste producera varmare vatten än nödvändigt, dessutom får man ofta väldigt många start och stopp på kompressorn. Ett bra grundtips för alla som har sin värmepump kopplad på detta sätt är att köra med alla termostater helt öppna under en hel säsong, och succesivt justera kurvlutning och parallellförskjutning så att inomhustemperaturen blir så bra som möjlig - oavsett utetemperatur.
Vid utomhustemperaturer över 0 grader så justerar man huvudsakligen parallellförskjutningen, och vid utomhustemperaturer under 0 grader (helst när det är rejält kallt ute) justerar man värdet på kurvan.
Först när man är helt säker på att kurva och parallellförskjutning är så bra som möjligt skall/bör man aktivera rumsgivarens påverkan på styrningen, och ställa in några få rumstermostater så att de kan strypa bort övertemperatur som t.ex. kan bero på många människor som värmer ett rum, solinstrålning, matlagning eller annat som kan påverka rumstemperaturen utanför styrningens kontroll. Min rekommendation är att man bara tillåter max 30% av de befintliga termostaterna att kunna strypa bort effekt och flöde. Ju fler termostater man har aktiva, desto större risk att man kan få driftsproblem, och/eller lägre verkningsgrad än man annars skulle fått.
Då vattenvolymen normalt sett inte är så stor så får man ofta i denna typ av installationer rätt många start och stopp på kompressorn, och rätt höga temperaturer på framledningen i slutet av varje driftscykel, och som jag tidigare skrivit så kostar det i både slitage och förlorad verkningsgrad att tvinga en värmepump att arbeta med onödigt höga temperaturer och många start och stopp.
Min rekommendation är att man ställer in reglerdatorn så att man har som minst 10 starter/dag, och som mest 30 starter/dag. Det görs på lite olika sätt på olika fabrikat, och jag hänvisar därför till manualen för att se hur detta kan göras.
Färre starter än 10 kan orsaka pendlande rumstemperatur, och onödigt höga temperaturer i slutet av varje driftscykel. Fler än 30 starter/dygn behövs inte för att få ett jämt inomhusklimat, och det sliter inte heller påtagligt på kompressorn.

2. Kopplad till det värmeavgivande systemet via en arbetstank.
Värmepumpen framledning ansluts till arbetstankens topp, och returledningen ansluts till tankens botten. På samma sätt ansluts till toppen av tanken värmesystemets framledning och värmesystemets returledning ansluts till botten av tanken. En intern cirkulationspump sköter cirkulationen mellan värmepump och arbetstank, och man kan då garantera optimal flöde över värmepumpens kondensor. Den externa cirkulationspumpen garanterar samtidigt korrekt flöde/tryck i den externa kretsen så att det värmeavgivande systemet fungerar som det har designats att göra.
Tank kopplad som arbetstank "krävs" i system där man inte kan få tillräckligt högt flöde i den externa kretsen utan att värmeavgivande systemets utsätts för onödigt slitage och/eller orsakar missljud från rör, radiatorer eller kopplingar. En mindre del av flödet som cirkulerar genom värmepumpen går i detta fall nedåt i tanken, och gör så småningom att returtemperaturen börjar stiga mer än vad returtemperaturen är i själva det värmeavgivande systemets returledning. Under den tid det tar att "fylla tanken" med värmeenergi så går värmepumpen med låga temperaturer just under, på eller just över det av värmepumpens reglerdator framräknade behovet. Det ger långa gångtider, låga temperaturer, få start och stopp och verkningsgrad nära det optimala. Livslängden påverkas positivt av arbetstanken. Ytterligare en fördel är att man kan ha alla termostater på radiatorer och/eller golvvärmefördelarna aktiva, det påverkar inte värmepumpens möjlighet att producera värme med hög verkningsgrad då flödet alltid är "rätt" i den interna kretsen.
I anläggningar med R410A som köldmedium kan det vara svårt så låg deltaT som tillverkarna rekommenderar om man inte ansluter en arbetstank. I anläggningar med värmepumpar som har R407C ssom köldmedium så kan man oftare få till korrekta flöden i befintliga system, detta måste dock utvärderas på plats i varje enskilt fall.



3. Kopplad till det värmeavgivande systemet via en volymtank.
I system med flöden och deltaT som stämmer med det av värmepumptillverkarnas rekommendationer kan man istället koppla in en tank som volymförstorare för att få längre gångtider, färre start och stopp och temperaturer som ligger närmare det önskade börvärdet.
Man kopplar då värmepumpens framledning till tankens topp, från tankens botten till radiatorsystemets framledning, och från radiatorsystemets returledning kopplar man till värmepumpens returanslutning.
Ingen extern cirkulationspump behövs.
Nackdelen med denna typ av inkoppling är att man även nu påverkar tillgängligt flöde om man använder sig av termostater i anläggningen.
Att underhållsvärma källare eller stengolv i t.ex. badrum om man har volymtank utan extern cirkpump är inte optimalt, det ger låga flöden och felaktig deltaT över värmepumpens kondensor.
En tank kopplad på samma sätt som en arbetstank funderar som volymtank om flödet i den externa kretsen är högre än flödet i den interna kretsen, vilken kan ske t.ex. i anläggningar med 100% golvvärme. Med hjälp av den externa cirkpumpen så garanteras flödet både i interna och externa kretsen, och man kan använda termostater utan att det påverkar värmepumpens driftsförhållanden negativt.



4. Kopplad till värmesystemet med en bypassledning installerad i det värmeavgivande systemet.
Bypassledning funderar i princip som en arbetstank, men utan den volymförstorande effekten. Intern och extern cirkpump krävs. Flödet garanteras i både interna och externa kretsen, och man kan använda termostater utan att det menligt påverkar värmepumpens driftsförhålladen.  Nackdelen med en bypassledning är att man inte påverkar antalet start och stopp på kompressorn, och man får lika stora "översvängar" temperaturmässigt på framledningen i slutet av varje driftscykel, det påverkar verkningsgrad och livslängd negativt.
En bypassledning kan fungera mycket bra till värmepumpar med inverterdrift, där framledningstemperaturen hålls konstant på eller nära börvärdet med hjälp av kompressorns varvtalsreglering. Bypassledningen säkerställer korrekta flöden oavsett värmepumpens uteffekt, vid låga effekter kommer flödet in/ut ur värmepumpen vara lägre än flödet i det värmeavgivande systemet, och vid höga uteffekter kommer det (ofta) att vara högre än i den externa kretsen. DeltaT över värmepumpens kondensor kan dock alltid hållas på korrekt nivå.



Vad vinner man när det gäller livslängd?

I detta exempel jämför jag en värmepump kopplad direkt mot systemet utan tank och/eller bypass med en värmepump kopplad mot systemet via en arbetstank. Effekttäckningsgrad oavsett princip är 100%.
Systemvolym ca 100 liter, tankvolym 300 liter, max framledningstemp vid DUT 55 grader utan tank och 53.2 grader med tank, deltaT i båda fallen 10°C.
Den ökade systemvolymen gör att man utan att ändra antalet start och stopp kan få en framledningstemp mycket nära börvärdet, man eftersträvar dock en kombination av längre drifttider, och mindre varierande termperaturer. En justering av värmepumpens reglerdator skulle kunna ge som mest 4 gånger så långa drifttider, 1/4-del så många start och stopp, men då vinner man inget när det gäller temperatursvängningarna i systemet. För att få fördelar när det gäller både drifttider och temperaturer så bör man därför ställa in reglerdatorn så att man får både längre drifttider OCH mindre temperatursvängningar.
Säg att vi halverar antalet start och stopp, det kommer då logiskt sett att innebära att man också minskar temperatursvängningarna med ungefär hälften. Om översvängen i slutet av driftscykeln utan tank var 7 grader, så blir den ca 3.5 grader med tanken monterad.
Under en driftscykel är vinsterna små initialt, och som störst just innan kompressorn stannar.
I snitt under en hel driftscykel så vinner man kanske runt 1.5-2 grader vilket ger en ökad ekonomisk besparing (ökad verkningsgrad) på några få % eller i runda slängar 100-250 kWh/år i ökad besparing. (Om värmepumpen förbrukar ca 6000 kW på ett år) 
Om man räknar med att antalet start och stopp dödar kompressorn så har man dubblerat livslängden...
Nu är det ju inte så att antalet starter påverkar exakt på det sättet, men det är rimligt att anta att de lägre temperaturer som värmepumpen får arbeta med, i kombination med de färre starterna och längre drifttiderna kan ge en ca 20% längre livslängd. 
Om värmepumpen kopplad utan tank skulle hålla i 15 år skulle livslängden med tank istället bli 18 år.
Kostar värmepumpen 60 000 kr så innebär det en årlig besparing på 666 kr/år.
Adderar man den ökade energibesparingen så blir det ekonomiska utfallet ca 800-1000 kr/år.
En arbetstank, extern cirkpump och installation kostar ca 15 000 kr, men kan kosta både mindre och mer beroende på valet av tank, cirkulationspump och installatör.
Om vi leker med tanken att det kostar 15 000 kr att sätta in en tank så får vi en payoff-tid på ca 15-19 år.

Om påverkan på livslängden är större, elpriset högre, eller skillnaden i maxtemperaturer är större kan besparingen bli ytterligare kanske upp till som mest totalt 2000 kr/år.
Och omvänt, om livslängden inte påverkas lika mycket som jag räknat med, om elpriserna sjunker, eller om maxtemperaturen inte sjunker så mycket som jag räknat med kan besparingen bli lägre än 1000 kr/år.

Energibesparing

Jag har gjort två kalkyler i Nibes program.

1. Energibehov: 21500 kWh/år
55/45°C på värmebärare fram/retur.
Borrdjup baserat på +1 grad inkommande KB medel (40 W/m)
Rumstemp 21°C
Byggår efter 1990.

Första kalkylen visar på grundförutsättningarna och besparingen utan tank.





Och sedan kommer beräkningarna med arbetstank eller volymtank som resulterar i i genomsnitt 1.8 grader lägre temperatur på fram/returledning:





Som ni ser blir skillnaden liten, bara ca 90 kWh/år.

Besparingar med bypass/tank vid lågtemp/lågflödessystem

Så kommer vi då till en beräkning gjord på vad som sker i ett system där radiatorkretsen är designad för 20 graders deltaT och man kör med bypass eller tank för att säkerställa flödet i externa kretsen (radiatorsystemet).
Roland här i forumet har gjort en kalkyl som jag i alla fall inte kan se några fel på, men som vanligt är det OK att kritisera de siffror som presenteras om ni ser något galet.


Enligt dessa beräkningen blir det aningen bättre COP med en bypass eller tank kopplad, jämför med att köra ett lågt flöde med hög deltaT över värmepumpens värmeväxlare (kondensor).
Skillnaderna är inte stora, men de finns där.
Arbetstanken ger dessutom livslängdsförhöjande effekter som en bypass inte ger, så när det gäller den eventuella påverkan på livslängden som antalet starter har så är arbetstanken att föredra vid användande av on/off-värmepump.
Kör man med inverter så blir påverkan på livslängden liten.

Slutsats

För att garantera flöden, driftförhållanden och möjligheten att på rumsnivå begränsa temperaturen med hjälp av termostater så krävs en arbetstank och en extern cirkpump, eller en volymtank med eller utan extern cirkpump, eller en bypass.
Besparingen, om livslängden ökar med 20% blir ca 666 kr/år.
Energibesparingen blir typiskt någonstans mellan 90 och 250 kWh/år större.
Totalt blir alltså den totala besparingen med korrekt installerad arbetstank eller volymtank (om elpriset är 1 kr/kWh) i intervallet ca 750-950 kr/år.
Med enbart bypassledning ca 666 kr/år.
Klart är att den stora besparingen finns att hämta i den ökade livslängden, och att bara en liten del av besparingen finns att hitta i driveffekten till värmepumpen.

Mjuka värden.

Det är en sak att göra ekonomiska kalkyler på detta, och en annan sak att bedöma de mjuka värdena.
Jag tänker då på vad en arbetstank gör för att garantera korrekta flöden och arbetsförhållanden för värmepumpen. En arbetstank, volymtank eller (i viss mån) bypassledning garanterar att man som anläggningsägare kan köra med termostater aktiva utan att det menligt påverkar värmepumpens driftsförhållanden.
Detta är värdefullt i många fall, t.ex. i hus med källare där man kan behöva lite grundvärme sommartid.
Eller i rum med stengolv, som också kan behöva lite grundvärme sommartid för att upplevas komfortabla.
Eller i hus i flera plan där de olika våningarnas energi och effektbehov kommer att variera lite med årstiderna.
En källare behöver ju inte lika höga effekter när det är svinkallt ute som en våning ovan mark behöver, och termostater kommer då ofta att strypa flöde och effekt i källarplan under årets kallaste dagar.
Dessa mjuka värden avspeglas inte alltid i de kalkyler som görs i ett beräkningsprogram, och det är självklart att strypande termostater i en källare mitt i smällkalla vintern också innebär lite lägre energiförbrukning på värmepumpen och då också en lite större besparing än vad kalkylerna ger vid hand.
I andra vågskålen så finns kostnader att köra med underhållsvärme i källare och t.ex. badrum med stengolv, vilket kan göra att tanken och termostaterna bidrar till högre kostnader och mindre besparing än om man inte värmde dessa alls (som ofta är fallet i anläggningar där arbetstank saknas.)

Kör man underhållsvärme i källare eller badrum sommartid i en anläggning utan arbetstank eller volymtank så genererar det oerhört många start och stopp vilket menligt kan påverka maskinens livslängd, och ser man det på detta sätt så kan arbetstanken i vissa fall vara helt nödvändig och menligt påverka systemlivslängd och besparing - detta är dock svårt att visa i de kalkylprogram som finns utan är sånt som man måste veta och förstå för att kunna göra en bedömning av dessa "mjuka värdens" värde rent ekonomiskt och komfortmässigt.

Min slutsats är att man ofta kan köra en värmepump utan arbetstank, volymtank eller bypass om man förstår sambanden och ger sin värmepump bästa möjliga förhållanden, vilket innebär:

1. Ett systemflöde som ger ett deltaT på 6-10 grader över värmepumpens kondensor.
2. Inga eller få termostater som tillåts strypa bort flöde.
3. Ingen underhållsvärme sommartid, vare sig i källare eller badrum med stengolv.

Sett ur en installatörs synvinkel så har man ett ansvar att lämna över en fungerande anläggning med förväntade prestanda, användbarhet och livslängd.
Mot den bakgrunden så MÅSTE man som anläggningsägare kunna begära att man om man vill skall kunna använda termostater som man önskar, man måste kunna värma källare, stengolv, handdukstork o.s.v. under hela året om man så önskar.
Mot den bakgrunden så kan en volymökande arbetstank upplevas som eller vara helt nödvändig för att man skall kunna garantera bra funktion och livslängd.

Jag menar att denna guide skall kunna klargöra exakt vad som krävs i en anläggning med och utan tank för att det skall fungera bra, sedan är det upp till anläggningsägaren att avgöra om arbetstankens fördelar gör det värt att satsa det utrymme och den extra investeringskostnad som det innebär.
Arbetstanken förlänger troligen anläggningens livslängd, den kan ge en ekonomisk besparing på energiförbrukningen, men framförallt så ger den anläggningsägaren möjlighet att manövrera sitt värmesystem på det sätt de tidigare varit vana med, alltså att använda sig av termostater, och i vissa fall köra underhållsvärme sommartid i delar av fastigheten.

Många hus byggda med vattenburet system efter 1989 skall ha system som är väl anpassade för värmepumpsdrift kopplad direkt till systemet, de skall enligt lag ha 55/45°C radiatorsystem som fungerar bra med värmepump, även i dessa hus kan dock anläggningsägaren har önskemål om att kunna underhållsvärma vissa golv och då bör man överväga arbetstank för att få rimligt långa driftstider.

Vad talar emot arbetstank?

I princip bara 4 saker:

1. Det kostar, räkna med ca 15 000 kr extra i samband med installation, något mer om man kompletterar i efterhand.
2. En arbetstank tar plats, minst 60 X 60 cm, och ofta lite till runt omkring. (m2-priset på villor idag ligger ofta på 10 000 - 30 000 kr/m2, så lite beroende på hur man räknar så kan utrymme vara värdefullt.)
3. Det komplicerar anläggningen mer än annars, det innebär att det kan vara svårare att trimma in anläggningen så att värmepumpen får optimal drift, dessutom kommer värmepumpen i sig alltid att gå bra mot en tank, även om den producerar onödigt varmt vatten.
4. Hänger ihop med punkt 3, låt mig förklara:
Med tank så garanterar man värmepumpens flöde, och möjliggör att köra med termostater aktiva i alla rum, men i och med det så garanterar man även flöde/funktion om någon som inte riktigt vet vad de gör ändrar inställningarna i värmepumpen, t.ex. genom att höja kurvan (temperaturen) för att man tycker att det är kallt inne - istället för att vrida upp termostaterna på radiatorerna.
Höjer man kurvan som försämras COP, men det blir inte varmare i huset, kanske höjer men då ännu mer, men utan effekt.
Nu är COP riktigt dålig, och det känns fortfarande lite för kallt inne.
Man får då tipset att öppna på termostaterna istället, och vips blir det varmt och skönt inne.
Problemet med detta är att det finns stor risk att kurvlutningen lämnas på det felaktiga högre värdet, och värmepumpen kan gå åratal med en sämre verkningsgrad än den skulle kunna ha.
På samma sätt finns risken att installatörerna efter installation lämnar värmepumpen med default inställningar, eller med lite för hög kurva, bara så att det inte skall bli kallt inne för kunden = telefonsamtal och återbesök, även detta kan göra att anläggningen går BRA, men med sämre COP än den annars kunde haft.

Korrekt installerad, med grundflöden över radiatorerna rätt, med rätt kurva, och ingen som fipplar på inställningarna utan att veta vad de gör, så bör besparingen med tank bli större.
Men som beskrivet ovan så finns det ett antal inbyggda risker som man bör vara medveten om.