BACHELOROPPGAVE - Fagarkivet HIOA
GRUPPE NR. 7 TILGJENGELIGHET Åpen Institutt for Bygg- og energiteknikk Postadresse: Postboks 4 St. Olavs plass, 0130 Oslo Besøksadresse: Pilestredet 35, Oslo Telefon: 67 23 50 00 www.hioa.no BACHELOROPPGAVE BACHELOROPPGAVENS TITTEL Effekt- og energidekning med luft til vann varmepumpesystemer i moderne bygg. DATO 20.05.2015 ANTALL SIDER / ANTALL VEDLEGG 114/42 FORFATTER VEILEDER Anna Marie Brekke og Mari Elise Beston Hareide Line Røseth Karlsen Rune Sjøli UTFØRT I SAMMARBEID MED KONTAKTPERSON Erichsen og Horgen AS SAMMENDRAG Hovedmålet med oppgaven var å redegjøre for hvordan en varmepumpe dimensjoneres optimalt for et yrkesbygg, samt å avdekke ved hvilke forskriftsstandard og klima det er mest gunstig å installere en luft/vann varmepumpe. For å komme fram til et resultat ble det utført energiberegninger med utgangspunkt i arkitektmodell for nye Molde Tinghus. Ut i fra effektvarighetskurvene og produktdata for en varmepumpemodell ble det beregnet dekningsgrad, årsvarmefaktor og valgt hensiktsmessig størrelse på varmepumpen. Resultatene viste at luft/vann varmepumpe gir best dekningsgrad og årsvarmefaktor i områder med milde vintre, men det er også i dette klimaet at avriming vil føre til høyest reduksjon i effektleveranse. I kaldt klima er det mulig, men ikke hensiktsmessig å benytte en luft/vann varmepumpe. Det anbefales heller bruk av væske/vann varmepumpe som vil gi høyere energidekningsgrad, arbeide under bedre driftsforhold og dermed få bedre årsvarmefaktor. Hovedargumentet for installering av varmepumper er at strømsparingen skal kunne betale inn investeringskostnaden i løpet av anleggets levetid. Det er derfor foreslått videre kostnadsanalyser basert på aktuell og forventet strømpris for beregning av innsparingspotensial ved valg av størrelse på luft/vann varmepumpe. 3 STIKKORD Luft/vann varmepumpe Effekt- og energiberegning Dimensjonering av varmepumpe I Bacheloroppgave vår 2015 Gruppe 7 Emnekode: EMTS3900 Energi og miljø i bygg ved Høyskolen i Oslo og Akershus Oppdragsgiver: Erichsen og Horgen AS Forfattere: Mari Elise Hareide 46798076 s184159@stud.hioa.no Anna Marie Brekke 41357935 S172234@stud.hioa.no Veiledere: Rune Sjøli (ekstern) og Line Røseth Karlsen (intern) Effekt- og energidekning med luft til vann varmepumpesystemer i moderne bygg. I samarbeid med Erichsen og Horgen AS og med Molde Tinghus som eksempelbygg skal det det foretas energi- og effektberegning ved to forskjellige forskriftsstandarder, TEK 10 og passivhus, og ved to-tre geografiske plasseringer. Deretter skal det vurderes hvilken størrelse på varmepumpe som egner seg best for de ulike scenariene ved å se på hvilken effektdekning den får ved de forskjellige uteforhold og forskriftsstandard. Delmål: - Beskrive teori, fordeler og ulemper med luft til vann varmepumper. Detaljert beskrivelse av utarbeidelse av varighetskurver og sammenligning av disse. Utføre effekt- og energiberegninger i SIMIEN ved forskjellig klima og forskriftsstandarder. Dimensjonering av hensiktsmessig størrelse på luft til vann varmepumpe for hvert klimasted og ved begge forskriftsstandarder. Vurdere type og størrelse av spisslast i kombinasjon med varmepumpe. II III IV Forord Da er den ferdig, bacheloroppgaven som avslutter vårt studium her på HiOA våren 2015. Oppgaven, som omhandler dimensjonering av luft/vann varmepumper, er skrevet i samarbeid med Erichsen og Horgen AS. Oppgaveskrivingen har vært en omstendig, og tidvis altoppslukende prosess. Selv om oppgaveteksten var klar fra start, har oppgavens form i stor grad blitt til underveis. Vi har pløyd oss gjennom oppslagsverk, standarder, artikler og simuleringsprogram. Det har blitt utallige timer med beregninger i Excel, redigering i Word, kaffedrikking og heftige diskusjoner. Prosessen har vært preget av alt fra total lykke over å endelig få fram etterlengtede resultater, til desperasjon og håpløshet når man innser at arbeid man har jobbet med i flere dager må klippes ut fordi det ikke passer inn slik som oppgaven har utvikler seg. I etterpåklokskapens ånd ser vi nå hvordan oppgaven kunne vært skrevet annerledes, hva vi burde fokusert mer på og hva vi ikke burde brukt tid på i det hele tatt. Men slik er prosessen med å skrive en oppgave, det er først når man er i mål man får den fulle oversikt. Vi vil gjerne benytte anledningen til å rette en stor takk til våre veiledere: Line Røseth Karlsen for oppmuntring, gode råd og hjelp, og Rune Sjøli som har delt sin solide kompetanse og erfaring. Takk til Arnkell Pedersen, Søren Gedsø og øvrige ansatte hos Erichsen og Horgen for gode råd og veiledning. Vi vil også takke Ole Jørgen Veiby hos GK som tok seg tid til å gi oss en grundig presentasjon og omvisning på Miljøhuset GK. Takk til våre medstudenter og øvrige ansatte på HiOA for gode samtaler underveis i arbeidet. De hjemme fortjener også en takk som har holdt ut med oss i tidvis stressende perioder. Når vi i dag er ferdige vil vi gjerne takke for tre fine studieår på Energi og Miljø i bygg-linjen. Vi tråkker nå ut i det ukjente, men med grunnleggende faglig kompetanse fra HiOA i sekken. Anna Marie Brekke Mari Elise B. Hareide V Innholdsfortegnelse Forord .............................................................................................................................. V Sammendrag ................................................................................................................. VIII 1 Innledning .................................................................................................................... 1 1.1 Bakgrunn .......................................................................................................................................... 1 1.2 Mål ................................................................................................................................................... 2 1.3 Forutsetninger og begrensninger .................................................................................................... 3 2 Lover, forskrifter og energikrav ..................................................................................... 4 2.1 TEK 10, Passivhusstandard og NS 3031. .......................................................................................... 4 2.2 Energimerkeordningen .................................................................................................................... 5 3 Varmepumpeteori ........................................................................................................ 7 3.1 Luft/vann varmepumpe ................................................................................................................... 8 3.2 Varmepumpeprosess ....................................................................................................................... 9 3.3 Kuldemedier .................................................................................................................................. 10 3.4 COP og effektleveranse ................................................................................................................. 12 3.4.1 Momentan COP ...................................................................................................................... 13 3.4.2 Årsvarmefaktor ...................................................................................................................... 13 3.5 Kapasitetsregulering ...................................................................................................................... 15 3.5.1 Av/på regulering ..................................................................................................................... 15 3.5.2 Trinnregulering ....................................................................................................................... 15 3.5.3 Turtallsregulering ................................................................................................................... 15 3.5.4 Justeringsfaktor for dellast ..................................................................................................... 16 4 Systemløsninger for varmepumpeanlegg .................................................................... 17 4.1 Spisslast ......................................................................................................................................... 17 4.1.1 Elektrisitet .............................................................................................................................. 18 4.1.2 Oljefyr ..................................................................................................................................... 18 4.1.3 Pelletskjel ............................................................................................................................... 19 4.1.4 Fjernvarme ............................................................................................................................. 19 4.2 Varmeavgivere ............................................................................................................................... 19 4.2.1 Radiatorer............................................................................................................................... 19 4.2.2 Gulvvarme .............................................................................................................................. 19 4.2.3 Ventilasjonsvarme .................................................................................................................. 20 4.3 Kjøling med luft/vann varmepumpe.............................................................................................. 20 4.4 Varmeakkumulering og tappevann ............................................................................................... 20 5 Teoretisk grunnlag for dimensjonering av varmepumpe .............................................. 22 5.1 Klimasoner ..................................................................................................................................... 22 5.2 Effekt- og energiberegning ............................................................................................................ 23 5.3 Varighetskurver ............................................................................................................................. 24 5.4 SIMIEN ........................................................................................................................................... 26 5.5 Premisser for et velfungerende varmepumpeanlegg.................................................................... 27 5.5.1 Realistisk beregningsgrunnlag ................................................................................................ 27 5.5.2 Temperaturforhold................................................................................................................. 28 5.5.3 Systemløsning ........................................................................................................................ 29 5.5.4 Avriming ................................................................................................................................. 29 VI 5.5.5 Styring og drift ........................................................................................................................ 30 5.5.6 Oppsummering....................................................................................................................... 31 6 Metode for dimensjonering av varmepumpe .............................................................. 32 6.1 Energiberegningsmetoder ............................................................................................................. 32 6.1.1 Manuell metode ..................................................................................................................... 32 6.1.2 SIMIEN .................................................................................................................................... 32 6.1.3 SIMIEN realistisk ..................................................................................................................... 33 6.2 Inndata ........................................................................................................................................... 34 6.2.1 Varmetapsegenskaper ........................................................................................................... 34 6.2.2 Internlast ................................................................................................................................ 35 6.2.3 Klimasteder ............................................................................................................................ 36 6.3 Dimensjonering av varmepumpe .................................................................................................. 36 6.3.1 Fremgangsmåte for dimensjonering av luft/vann varmepumpe: .......................................... 36 6.3.2 Avriming ................................................................................................................................. 37 6.3.3 Beregning av COP og dekningsgrad........................................................................................ 38 7 Resultat...................................................................................................................... 40 7.1 Energiberegning............................................................................................................................. 40 7.1.1 Sammenligning av energiberegning med forskjellige metoder. ............................................ 40 7.1.2 Sammenligning av energiberegning ved alle scenarier .......................................................... 42 7.1.3 Effektbehovsfordeling ............................................................................................................ 43 7.1.4 Effekt- og temperaturvarighet ............................................................................................... 45 7.2 Varmepumper................................................................................................................................ 46 7.2.1 Avriming ................................................................................................................................. 46 7.2.2 Valg av riktig varmepumpestørrelse ...................................................................................... 49 7.2.3 Valgte varmepumper ............................................................................................................. 53 7.2.4 Distribusjons- og reguleringstap ............................................................................................ 60 7.3 Oppsummering .............................................................................................................................. 61 8 Miljøhuset GK ............................................................................................................ 62 9 Diskusjon ................................................................................................................... 64 10 Konklusjon ............................................................................................................... 68 Kilder .............................................................................................................................. 69 Vedlegg .......................................................................................................................... 71 VII Sammendrag Hovedmålet med oppgaven var å redegjøre for hvordan en varmepumpe dimensjoneres optimalt for et yrkesbygg, samt å avdekke ved hvilke forskriftsstandard og klima det er mest gunstig å installere en luft/vann varmepumpe. Bakgrunn for oppgaven er at varmepumpen fremstår som en av de mest aktuelle oppvarmingsmetodene som oppfyller myndighetenes skjerpende krav til energiforsyning i bygg. For å komme fram til et resultat ble det utført energiberegninger med utgangspunkt i arkitektmodell for nye Molde Tinghus med en manuell metode og i simuleringsprogrammet SIMIEN. Det ble utarbeidet effektvarighetskurver for tre klimasteder, Oslo, Bergen og Røros ved to forskriftsstandarder, TEK 10 og passivhusstandard. Ut i fra effektvarighetskurvene og produktdata for en varmepumpemodell ble det beregnet dekningsgrad, årsvarmefaktor og valgt hensiktsmessig størrelse på varmepumpen. I prosessen er det også kartlagt hvilke premisser som må ligge til grunn for et velfungerende varmepumpeanlegg, samt beregnet hvilken effekt avriming og dellast har på effektleveranse og dekningsgrad. Resultatene viste at luft/vann varmepumpe gir best dekningsgrad og årsvarmefaktor i områder med jevn utetemperatur og milde vintre slik som i Bergen, men det er også i dette klimaet at avriming vil føre til høyest reduksjon i effektleveranse. Det er derfor ekstra viktig i mildt klima å installere varmepumpe med effektive avrimingsløsninger. Ved lavt effektbehov (mildt klima og passivhusstandard) utgjør energibehov til tappevann en stor andel av det totale energibehovet, og bør derfor dekkes av en fornybar kilde for å oppfylle fornybarandelen i TEK 10. I kaldt klima, slik om i Røros, fremkom det av resultatene at det er det mulig, men ikke hensiktsmessig å benytte en luft/vann varmepumpe. Det anbefales heller bruk av væske/vann varmepumpe som vil gi høyere energidekningsgrad, arbeide under bedre driftsforhold og dermed få bedre årsvarmefaktor. I passivhus, hvor energibehovet er lavt, er det hensiktsmessig å utforme et forenklet varmeanlegg, med lavere installasjonskostnad enn et tradisjonelt radiatoranlegg. Miljøhuset GK er et godt eksempel på et velfungerende forenklet varmepumpeanlegg, men det stilles spørsmål ved om kompetansen i varmepumpebransjen i dag er god nok til at dette kan adapteres i bygg uten samme oppfølging. Hovedargumentet for installering av varmepumper er at strømsparingen skal kunne betale inn investeringskostnaden i løpet av anleggets levetid. Det er derfor foreslått videre kostnadsanalyser basert på aktuell og forventet strømpris for beregning av innsparingspotensial ved valg av størrelse på luft/vann varmepumpe. VIII 1 Innledning 1.1 Bakgrunn Klimaendringer og global oppvarming som følge av utslipp av klimagasser anerkjennes i dag av verdenssamfunnet som en av vår tids største utfordringer. For å bremse denne uheldige utviklingen må energibruken reduseres og oppvarmingskilder som ikke bidrar til økt forurensning benyttes i større grad enn i dag. I Norge står bygningsmassen for om lag 40 % av fastlandets energibruk, og valg av oppvarmingskilde vil derfor i stor grad kunne påvirke landets totale CO2-utslipp (Statistisk sentralbyrå, 2015). Gjennom Byggteknisk forskrift har norske myndigheter lovpålagt byggenæringen å legge om til miljøvennlige og fornybare oppvarmingskilder, ved å stille strenge krav til energiforsyning i bygg. Oppvarming med fossile brensler skal fases ut og er ikke lenger lovlige å installeres som grunnlastkilde. TEK 10 stiller krav til at minimum 60 % netto varmebehov i bygg over 500 m2 skal dekkes av andre energikilder enn fossilt brensel eller direktevirkende elektrisitet (Direktoratet for byggkvalitet, Byggteknisk forskrift med veiledning (TEK 10), 2015). For å oppfylle forskriftskravet må det i praksis benyttes enten ikke-fossilt brensel, fjernvarme, solvarme eller varmepumpe. I næringsbygg vil installering av varmepumpe være en av de mest gjennomprøvde og aktuelle oppvarmingsmetodene. Varmepumper som benytter vann eller bergvarme som varmekilde gir høyest årsvarmefaktor og spart energi, men grunnforhold og investeringskostnad gjør at denne løsningen ikke alltid vil være hensiktsmessig eller i det hele tatt mulig. Varmepumper som benytter luften som varmekilde vil derimot være billigere i investering, mulig å installere uavhengig av grunnforhold og kan derfor bidra med en totalt større energisparing. For å realisere energisparepotensialet er det viktig at varmepumper dimensjoneres korrekt ut i fra byggets effekt- og energibehov, samt temperatur- og fuktighetsforhold i uteluften. 1 1.2 Mål Hovedmålet med oppgaven er å redegjøre for hvordan en varmepumpe dimensjoneres optimalt for et yrkesbygg, samt å avdekke ved hvilke forskriftsstandard og klima det er mest gunstig å installere en luft/vann varmepumpe. For å komme fram til et resultat vil oppgaven fokusere på følgende delmål: 1) Beskrive teori, fordeler, ulemper og premisser for oppvarming med luft/vann varmepumper. - Beskrive og vurdere type spisslast i kombinasjon med varmepumpe. - Beskrive systemløsninger for varme og kjøling i kombinasjon med luft/vann varmepumpe. - Hvordan påvirker økonomiske og miljømessige forhold valg av varmepumpesystem. 2) Utføre effekt- og energiberegninger for næringsbygg ved manuell beregning og simuleringsprogrammet SIMIEN ved forskjellig klima og forskriftsstandard. - Detaljert beskrive metode for utarbeidelse av effektvarighetskurver for oppvarming. - Sammenligne effektvarighetskurvene for manuell metode og SIMIEN. 3) Velge hensiktsmessig varmepumpestørrelse til alle scenarier. - Beskrive varmepumpens effektleveranse som funksjon av utetemperatur og se på hvordan avriming og dellastdrift påvirker effektfaktoren. - Beregne dekningsgrad og årsvarmefaktor for forskjellige varmepumpestørrelser. 4) Undersøke hvordan drift av luft/vann varmepumper i store bygg fungerer i praksis. - Ta kontakt med et bygg tilsvarende Molde Tinghus med installert luft/vann varmepumpeanlegg. 2 1.3 Forutsetninger og begrensninger Oppgaven tar kun for seg en bygningstype - kontorbygg. Resultatene er derfor kun representative for denne bygningstypen. Eksempelbygget som benyttes er Molde Tinghus. I denne oppgaven er det ikke fokusert på metoder for dimensjonering av kjøling med varmepumpe. Oppgaven er avgrenset til å se på hvilke metoder som benyttes til dimensjonering av varmepumpe til oppvarming. Det er gjort noen forenklinger av arkitektmodellen for Molde Tinghus i forbindelse med beregninger av dimensjonerende effektbehov. I forhold til energiberegningene er det gjort flere forenklinger og antakelser. Alle forenklinger er nærmere beskrevet i kapittel 6.1. Beregninger av dekningsgrad og COP er foretatt med en varmepumpemodell. Resultatene vil derfor kun være representative for dimensjonering ved denne modellen. Dimensjonering med andre varmepumpemodeller vil kunne gi store avvik fra beregnede resultater. Det er ikke foretatt kostnadsanalyser av de forskjellige løsningene for varmeanlegg, men det antas at installasjonskostnader for varmepumpe øker med størrelsen på varmepumpen. Argumentasjon er derfor hovedsakelig gjort ut i fra denne antagelsen og beregninger for COP, dekningsgrad. 3 2 Lover, forskrifter og energikrav 2.1 TEK 10, Passivhusstandard og NS 3031. Forskrift om tekniske krav til byggverk (Byggteknisk forskrift) med hjemmel i Plan og bygningsloven omfatter både nyoppførte byggverk og renovering av eldre byggverk. Den gjeldende revisjonen av forskriften, TEK 10, inneholder en rekke krav til byggets egenskaper samt krav til sikkerhet og dokumentasjon. Kapittel 14. som omhandler energi, spesifiserer krav som påvirker energibruken i bygg, deriblant u-verdier og tekniske spesifikasjoner. § 14-7 angir følgende kriterier til energiforsyning i nybygg (Kommunal- og moderniseringsdepartementet, 2015): (1) Det er ikke tillatt å installere oljekjel for fossilt brensel til grunnlast. (2) Bygning over 500 m² oppvarmet BRA skal prosjekteres og utføres slik at minimum 60 % av netto varmebehov kan dekkes med annen energiforsyning enn direktevirkende elektrisitet eller fossile brensler hos sluttbruker. I praksis betyr dette at det må benyttes varmepumpe, fjernvarme, solvarme eller fornybare brensler til grunnlast som dekker minimum 60 % av energibehovet. Veiledningen til TEK 10 angir at netto varmebehov skal beregnet etter NS 3031 «Beregning av bygningers energiytelse – Metode og data» og dekke oppvarmingen illustrert i Figur 1. Romoppvarming Netto varmebehov Oppvarming Ventilasjonsvarme Tappevann Figur 1: Fordeling av netto energibehov Til beregning av netto energibehov skal det benyttes standardiserte verdier fra tabeller i NS 3031 for bruksavhengige data, men lokalt klimadata som gir et riktig bilde på forventet energibruk for korrekt dimensjonering av varmeanlegg. § 14-8 presiserer at der det er fastsatt tilknytningsplikt skal nye bygninger utstyres med varmeanlegg slik at fjernvarme kan nyttes for romoppvarming, ventilasjonsvarme og varmtvann. Tilfredsstilles kravet til energiforsyning etter TEK 10 er også kravet til energiforsyning etter passivhusstandard oppfylt (NS 3031, 2012). 4 2.2 Energimerkeordningen «Forskrift om energimerking av bygninger og energivurdering av tekniske anlegg (energimerkeforskriften)» ble vedtatt i 2009 for å øke bevisstgjøringen om energibruk i bygg, og dermed stimulere til forbedrende tiltak for å begrense energibruken. Alle yrkesbygg over 1000 m2 og boliger som skal selges eller leies ut omfattes av loven og er dermed lovpålagt å ha en energiattest (Olje- og energidepartementet, 2009). Energiattesten består av en energikarakter, en oppvarmingskarakter og en tiltaksliste for mulige forbedringer. Energikarakteren settes på bakgrunn av byggets totale leverte energi, som beregnes ut ifra NS 3031 (Energimerking.no, 2015). Den leverte energien utgjør den totale energien tilført bygget i form av både elektrisitet, brennstoff til fyrkjel og varme fra fjernvarmenettet. Figur 2: Energikarakter fra Enova. Dersom et bygg har et oppvarmingssystem med en virkningsgrad over 1, vil den leverte energien være lavere enn byggets totale netto energibehov. Dette kan realiseres med installering av varmepumpe. Ved motsatt tilfelle ved bruk av fyrkjel vil virkningsgraden til oppvarmingssystemet være lavere enn 1 og mengden levert energi høyere enn netto energibehov. Ettersom energibruken varierer i forskjellige bygningskategorier varierer kravet til energikarakteren ut i fra bygningstype. Kravene for utvalgte bygningskategorier vises i Tabell 1. 5 Tabell 1: Krav til levert energi for utvalgte bygningskategorier i energimerkeordningen. Reprodusert fra energimerking.no Levert energi pr m2 oppvarmet BRA (kWh/m2) Bygningskategori Kontorbygning Skolebygning Sykehus Sykehjem Forretningsbygning Lett industribygning A B C D E F G ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ Ingen grense 85 70 165 140 105 100 115 100 235 190 155 140 145 135 305 240 210 185 180 175 360 295 255 250 220 220 415 355 300 315 275 280 505 440 375 405 >F >F >F >F >F >F Oppvarmingskarakteren forteller hvor stor andel av det beregnede energibehovet til romoppvarming og tappevann som dekkes av strøm og fossilt brennstoff. Oppvarmingskarakteren er en fargeskala fra rødt til mørk grønn, hvor mørk grønn er beste mulige karakter. Skalaen i Tabell 2 viser typisk oppnådde oppvarmingskarakterer for en stor enebolig ved forskjellige energiandel strøm og fossilt brennstoff til oppvarming. Tabell 2 Oppvarmingskarakter, reprodusert fra energimerking.no Oppvarmingskarakter Maksimal andel strøm og fossilt brennstoff 30,0 % 47,5 % 65,0 % 82,5 % 100,0 % 6 3 Varmepumpeteori Der ikke annet er oppgitt er kilden til kapittel 3 og 4 boken «Vannbaserte oppvarmings- og kjølesystemer» av David Zijdemans. Ved installasjon av varmepumpe utnyttes en varmekilde til å levere varme til ønsket forbruk. Varmepumpen henter varme fra luft, vann eller bergvarme, med andre ord varmekilder som holder en vesentlig lavere temperatur enn det man i dagligtalen omtaler som varmekilder. Via en prosess hever varmepumpen temperaturen til et høyere nivå og varmen kan utnyttes til oppvarming, se Figur 3. Varmekilde Varmepumpe Levert varme Figur 3: Varmepumpens prinsipp Det finnes flere typer varmepumper som alle benytter seg av samme prosess, men henter og leverer varmen på forskjellig vis, se beskrivelse i Tabell 3. Tabell 3: Varmepumpetyper Varmepumpetype Luft/luft Luft/vann Væske/vann Avtrekksvarmepumpe Beskrivelse Både henter fra og leverer varme til luften. Er svært vanlig i boliger ettersom den er både lett og billig å installere. Har en relativt lav investeringskostnad og benytter en ubegrenset varmekilde. Leverer varmen i form av vannbårent varmeanlegg. Har en høy investeringskostnad og egner seg derfor best i store bygg og varmesentraler. Leverer varmen i form av vannbårent varmeanlegg. Benytter avtrekksluft etter varmegjenvinner som varmekilde. Stabil temperatur fra varmekilden. Benyttes ofte til oppvarming av tappevann. Fordelen med varmekilder som vann eller grunnfjell er at de holder en stabil temperatur gjennom hele året og dermed kan avgi varme også om vinteren når varmebehovet er høyest. Lufttemperaturen derimot svinger både gjennom året og døgnet og luft er derfor ikke en sikker varmekilde de kaldeste dagene. En varmepumpe som henter energi fra uteluften må derfor slåes av når temperaturen synker under -15 oC. 7 3.1 Luft/vann varmepumpe Figur 4: Luft/vann varmepumpe - bilde lånt fra novap.no En luft/vann varmepumpe benytter utelufta som varmekilde, for så å distribuere varmen via et vannbårent varmesystem. Varmepumpen består av en utedel og en innedel. Utedelen henter varmen utenfra og består av varmepumpens fordamper og en eller flere vifter som sørger for tilstrekkelig strøm av uteluft. Innedelen består av kondensator i form av varmeveksler som leverer varme fra varmepumpens kuldemedium til et vannbårent varmesystem inne i bygget. Generell teknisk spesifikasjon: - Levetid 10 - 15 år. Årsvirkningsgrad på ca. 2,0 – 2,5. Lite effektiv under ca. -15 oC, krever derfor at spisslast dekker 100 % av effektbehov ved DUT. Fordeler: - Utelufta er en lett tilgjengelig varmekilde som alle kan benytte. Krever ikke boring i grunn og gir dermed lav investeringskostnad i forhold til varmepumpeløsninger som benytter grunnvarme. Ved renovering kan luft/vann varmepumpe med modifikasjoner kobles til eksisterende vannbårent anlegg. Varmer opp termisk masse og gir dermed stabil innetemperatur. Kan benyttes til oppvarming av forbruksvann. Kan kombineres med de fleste typer spisslast. Kvalifiserer for støtte hos Enova til bolig og renovering av næringsbygg. Vannbårent anlegg gir mulighet for 100 % dekning av oppvarmet areal (i motsetning til luft til luft varmepumpe som gir punktvarme i ett rom) 8 Ulemper: - Lavest effektfaktor når varmebehovet er størst, dvs. ved lav utetemperatur. Ustabil tilgjengelighet av varme da temperaturen i luften svingere raskere enn f.eks. i vann eller grunn. Luft leder varme dårligere enn vann. Utedelen krever derfor et større areal for å transportere tilstrekkelig varme. Utedel skaper støy. Vanskelig å koble sammen med høytemperaturanlegg, da temperaturløftet fører til lavere effektfaktor. Lavtemperaturanlegg krever stort radiatorareal for å gi nok varme. Installering av luft/vann VP i nybygg kvalifiserer ikke til støtte fra Enova. Saltholdig luft langs kysten forkorter utedelens levetid. Behov for avriming på utedel reduserer varmepumpens effektfaktor. 3.2 Varmepumpeprosess Inne i varmepumpen sirkulerer et kuldemedium gjennom en fordamper, kompressor, kondensator og strupeventil. I fordamperen hentes varmen utefra, mens kondensatoren leverer varme til systemet. Overføring av varme til og fra varmepumpen skjer via varmeveksler på kald og varm side. For å kunne utnytte denne prosessen tilføres varmepumpen drivenergi i form av elektrisitet. Figur 5: Varmepumpeprosess. Bilde lån fra ndla.no Fordamperen (1) mottar kuldemediet fra strupeorganet i en blanding av gass- og væskeform, dvs. at temperaturen ligger akkurat på mediets metningstemperatur. Kuldemediet er nå kaldere enn varmekilden og henter derfor energi som fører til at den delen av mediet som var i væskeform går over til gassform. Temperaturen heves til ca. 5 K over mediets metningstemperatur. 9 Kompressoren (2) mottar gassen fra fordamperen og hever trykket og temperaturen opp til mellom 80 oC og 100 oC. Trykkøkningen fører til at mediets metningstemperatur øker. Kondensatoren (3) er en varmeveksler med kuldemediet på en side og luft eller vann som skal varmes opp på den andre siden. Kondensatoren mottar kuldemediet i gassform med høyt trykk og høy temperatur. Trykket holdes konstant og mediet avkjøles når det gjennom varmeveksleren kommer i kontakt med et kaldere medium (luften eller vannet som skal varmes opp). Av varmen som avgis i kondensatoren utgjør varmeoverføring ved temperaturendring 20-30 %, mens varme frigitt ved kondensering utgjør ca. 70-80 %. Dette kommer av at faseovergang er mer energikrevende enn temperaturøkning. Fra kondensatorene kommer det underkjølt væske til strupeorganet (4). Strupeorganet er en ekspansjonsventil som reduserer trykket i arbeidsmediet slik at metningstemperaturen synker og væsken går over til en blanding av væske- og gassform. Kuldemediet går så videre til fordamperen og prosessen gjentas. Varmepumpeprosessen kan også illustreres i et trykk/entalpi-diagram som vist i Figur 6. Forskjellige arbeidsmedier har forskjellige termiske egenskaper og derfor egne tilhørende trykk/entalpidiagrammer. Den spesifikke entalpien på x-aksen forteller hvor mye varme en kilo kuldemedium inneholder. Ved å se på endringen i entalpi i prosessen kan man finne spesifikk varme hentet fra varmekilde (4-1), varme levert til varmeanlegget (2-3) og tilført energi til kompresor (1-2). Figur 6: Trykk/entalpi-diagram 3.3 Kuldemedier Kuldemedier deles i to hovedgrupper, syntetiske og naturlige. De syntetiske kuldemediene gjorde sitt inntog i 1930- årene som svar på krav om sikrere kuldemedier, da det viste seg at de naturlige kuldemediene karbondioksid (R744), ammoniakk (R717) og propan (R290) hadde uheldige effekter i form av brennbarhet og giftighet (Zijdemans, 2014). Først kom KFK-mediene (herunder R11 og R12), deretter HKFK-medier (R22). Senere viste det seg at de syntetiske kuldemediene hadde en alvorlig skadelig effekt på ozonlaget. Denne innsikten medførte at Montreal-protokollen ble etablert i 1987. Den krevde total utfasing av KFK innen 1995 og HKFK innen 2010. Som et resultat av Montreal-protokollen ble HFK-mediene (R407C og R410A) introdusert som en erstatning for KFK og HKFK i første halvdel av 90 tallet. Også disse kuldemediene 10 viste seg å være skadelige for miljøet grunnet økt drivhuseffekt. Kyoto-protokollen ble derfor etablert i 1997 for å fase ut fluorholdige medier (HFK) med høye avgifter som virkemiddel. EU har innført en forordning med krav om tiltak for å redusere utslipp av fluor, også kalt Fgass forordningen. Målet med forordningen er å kvitte seg med HFK-kuldemediene, som er de foretrukne kuldemediene i dagens klimaanlegg og varmepumper (VKE, Sertifikat for kuldeanlegg og varmepumper gjelder fra nå av, 2015). HK KFK HKFK HFK HK Hydrogen Klor Hydrogen Hydrogen Hydrogen Karbon Flour Klor Flour Karbon Karbon Flour Karbon Karbon Figur 7: Forenklet oversikt over syntetiske mediers utvikling (Zijdemans, 2014). Faktorer som er viktige for valg av kuldemedium er (NOVAP, 2015): - Temperaturområde for varmepumpen Systemløsning for varmepumpen Oppstillingssted for varmepumpen Tilgjengelighet og pris for varmepumpen Miljøkonsekvenser Tabell 4 viser kuldemediene som benyttes i luft/vann varmepumper i dag (Stene, Oppvarmingssystemer for lavenergiboliger, 2015). Kuldemedier er gitt betegnelsen R i henhold til internasjonal avtale, mens den kjemiske sammensetningen av stoffet gir kuldemediet et nummer (Nydal, 2013). Tabell 4: Kuldemedium som benyttes i luft/ vannvarmepumper, data hentet fra Nydal, 2013. Kuldemedium Kategori Kokepunkt ved 1013 mbar [oC] Giftig/ Brannfarlig R407C R410A R290 (C3H8) Syntetisk Syntetisk Naturlig -43,6/-36,8 -51 -42,8 nei/nei nei/nei nei/ja Levetid i atmosfæren (antall år) 11,16* 12** <1 Drivhuseffekt GWP-faktor relativ til CO2 1 600 1 400 3 Utslippene av klimagasser fra kuldemediene regnes om til CO2-ekvivalenter, med verdier for globalt oppvarmingspotensial (GWP). * R 407C (R32 23%, R 125 25% og R 134a 52%) ** R 410A (R 32 50% og R 125 50%) 11 Tabell 5 viser bruksområder for de aktuelle kuldemediene i luft/vann varmepumper: Tabell 5: Bruksområder for kuldemedier som benyttes i luft/vann varmepumpe. Kilde: Nydal, 2013 og Statsbygg, varmepumpeveileder 2003. Kuldemedium Bruksområder R407C Karakterisert ved stor temperaturglidnings, dvs. opererer med to ulike temperaturer for hvert trykk, dette må tas hensyn til ved innregulering av anlegget. Erstatningsmedium for R 22 og brukes der man kan utnytte effekten av temperaturglidningen. R410A Gode termiske egenskaper gir et bredt bruksområde fra lavtemperaturanlegg til klimaog varmepumpeanlegg. Ulempe: Høytrykksmedium som krever komponenter i høyere trykklasser. Positivt: Høy ytelse grunnet høyt trykk. R290 Brukes på anlegg for indirekte kjøling, med en kuldebærer som brukes i temperaturområdet -30 til 7 oC. Negativt: meget brannfarlig. Fremtidens krav til kuldemedier (VKE, Nye kuldemedier og revidert f-gass forordning, 2015): - Ingen ODP (ødeleggelse av ozonlaget). - Lav eller ingen GWP (under 400). - Rimelig i innkjøp (kuldemedium og utstyr). - Eneregieffektivt (i EU er bruk av strøm det samme som klimautslipp). - Sikkert og enkelt å vedlikeholde. 3.4 COP og effektleveranse For å undersøke energisparepotensialet til et varmepumpesystem, må en rekke faktorer tas i betraktning. Forhold som påvirker energisparepotensialet er blant annet varmepumpens momentane effektfaktor ved forskjellige driftsbetingelser, varmepumpens dekningsgrad, spisslastandel og virkningsgrad, samt systemvirkningsgrad. Beregningen av nøyaktig systemvirkningsgrad for hele varmeanlegget er derfor en komplisert affære, men lar seg gjøre ved forenklinger og overslag. Alle varmepumpeprodusenter tester sine varmepumper under kontrollerte forhold i henhold til den europeiske standarden NS-EN 14511. Dette gjøres for at varmepumper fra flere leverandører skal kunne sammenliknes på likt grunnlag. Det er vanlig å oppgi nominell COP og effektleveranse ved en utetemperatur på 7 oC. I Norge, hvor utetemperaturen ofte ligger under 7 oC i fyringssesongen, er det urealistisk å oppnå en årsvarmefaktor tilsvarende dette. I produktdata for varmepumper vil det derfor være oppgitt hvilke COP og effektleveranse som kan oppnås ved forskjellig utetemperatur og temperatur på varmeanlegget. Ut i fra disse data og klimadata for det aktuelle klimastedet kan en årsvarmefaktor regnes ut. Formler i dette kapittelet er hentet fra Jørn Stenes presentasjon på Varmepumpekonferansen 2010 (Stene, Årsvarmefaktor for varmepumpesystemer, 2010). 12 3.4.1 Momentan COP For å beregne årsvarmefaktoren er det nødvendig å se på hvordan varmepumpen leverer ved forskjellige driftsbetingelser gjennom året. Dette gjøres ved å beregne den momentane effektfaktoren (COPkondensator) ut i fra forholdet mellom levert og tilført effekt i et gitt driftspunkt. I en varmepumpe hvor massestrømmen er konstant over alle komponenter tilsvarer dette forholdet mellom entalpidifferansen i kondensator og kompressor i driftspunktet: 𝐶𝑂𝑃𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑡𝑜𝑟 = ∆ℎ𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑓𝑟𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑡𝑜𝑟 = ∆ℎ𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟 𝑡𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑡𝑖𝑙 𝑘𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟 (1) COPkondensator gir effektfaktor for varmepumpeprosessen, men tar ikke hensyn til nødvendig effekt til varmepumpens vifter, pumper og annet teknisk utstyr. Ved å ta hensyn til den totale tilførte effekten kan det beregnes en momentan effektfaktor for varmepumpen: 𝐶𝑂𝑃𝑉𝑃 = 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑓𝑟𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡 𝑒𝑓𝑓𝑒𝑘𝑡 𝑡𝑖𝑙 𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑝𝑢𝑚𝑝𝑒𝑛 (2) Avriming og dellastforhold vil redusere momentan COP og årsvarmefaktor. For å få et realistisk bilde må derfor COPVP justeres for dette. Dellastforhold og avriming er videre beskrevet i kapittel 3.5.4 og kapittel 5.5.4. 3.4.2 Årsvarmefaktor Når COPVP for en rekke driftspunkt er definert kan det beregnes en midlet årsvarmefaktor (𝐶𝑂𝑃𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 ) for varmepumpen i drift som et gjennomsnitt av disse verdiene. Videre kan det beregnes en brutto årsvarmefaktor som tar hensyn til andel og virkningsgrad på nødvendig spisslast ved følgende formel: 𝐶𝑂𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑎𝑛𝑙𝑒𝑔𝑔 = 𝐶𝑂𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑎𝑛𝑙𝑒𝑔𝑔 : 𝑄𝑣 : 𝛼𝑉𝑃 : 𝐶𝑂𝑃𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 : 𝛼𝑆𝐿 : 𝜂: 𝑄𝑣 𝛼 𝛼 [𝑄𝑣 ∙ (𝐶𝑂𝑃𝑉𝑃 + 𝜂𝑆𝐿 )] 𝑛𝑒𝑡𝑡𝑜 (3) Varmepumpesystemets årsvarmefaktor inkludert spisslast Årlig varmeleveranse fra varmepumpe og spisslast [kWh] Andel av 𝑄𝑣 som dekkes av varmepumpe Varmepumpens årsvarmefaktor i drift Andel av 𝑄𝑣 som dekkes av spisslast Midlere virkningsgrad for spisslast 13 I tillegg til årsvarmefaktoren til selve varmepumpen vil også distribusjons- og reguleringssystemet i varmeanlegget bestemme hvor stor effekt varmepumpesystemet yter. Dersom varmepumpe og spisslast har samme distribusjons- og reguleringssystem regnes systemvirkningsgraden for varmeanlegget ut ved følgende formel: 𝐶𝑂𝑃𝑆𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚 = 𝐶𝑂𝑃𝑣𝑎𝑟𝑚𝑒𝑎𝑛𝑙𝑒𝑔𝑔 ∙ 𝜂𝑑𝑖𝑠𝑡 ∙ 𝑛𝑟𝑒𝑔 (4) Tabell 6, reprodusert fra NS 3031:2007, viser typiske systemvirkningsgrader og spart energi for luft/vann varmepumpesystem med radiator og gulvvarme, sammenlignet med elektrisk oppvarming ved panelovn. Tabell 6: Typiske systemvirkningsgrader og spart energi ved luft/vann varmepumpesystemer Type Varmedistribusjon 𝑪𝑶𝑷𝒗𝒂𝒓𝒎𝒆𝒂𝒏𝒍𝒆𝒈𝒈 varmekilde Uteluft Gulvvarme 2,4 Uteluft Radiatorer 2,3 Elektrisitet Panelovn 𝜼𝒅𝒊𝒔𝒕 0,95 0,95 𝒏𝒓𝒆𝒈 0,90 0,95 𝑪𝑶𝑷𝑺𝒚𝒔𝒕𝒆𝒎 2,05 2,08 1 Spart energi 51 % 52 % 0% Det er først når systemvirkningsgraden for hele varmepumpeanlegget er beregnet at et reelt energisparepotensial kan estimeres. Forholdet mellom årsvarmefaktoren og energisparing er ulineært, dvs. at en dobling i årsvarmefaktor ikke tilsvarer en dobling i spart energi. For forbruker er det derfor viktig å forstå denne sammenhengen, slik at det ikke forekommer urealistiske forventninger til energisparing: 𝑆𝑝𝑎𝑟𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 = 𝑙𝑒𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 − 𝑡𝑖𝑙𝑓ø𝑟𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 (5) Dette gir formelen for spart energi: 𝑆𝑝𝑎𝑟𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 = 𝐿𝑒𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 − 𝐿𝑒𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 1 = (1 − ) ∙ 100% 𝐶𝑂𝑃 𝐶𝑂𝑃 (6) 14 Spart energi 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1 2 3 4 5 COP Figur 8: Sammenheng mellom årsvarmefaktor og spart energi Som grafen viser vil størst økning i energibesparelsen oppnås ved årsvarmefaktor opp til 3. Deretter vil økningen i årsvarmefaktor gi minimalt med energisparing. 3.5 Kapasitetsregulering Når varmepumpen leverer lavere effekt enn dimensjoneringspunktet går maskinen på det som kalles dellast, dvs. at varmepumpen må reguleres slik at den kan levere en lavere effekt enn dimensjonert effekt. Dette kan gjøres med forskjellige metoder for kapasitetsregulering (Zijdemans, 2014). 3.5.1 Av/på regulering Kompressoren slåes automatisk av når levert varme er nådd en forhåndsbestemt temperatur, og starter igjen når temperaturen på varm side synker slik at det igjen er varmebehov. Ulempen med denne reguleringsmetoden er at oppstart av kompressoren etter et stopp fører til slitasje og dermed reduserer varmepumpens levetid. Det anbefales derfor ikke flere enn tre kompressorstopp per time. 3.5.2 Trinnregulering I større varmepumpeanlegg benyttes det ofte flere kompressorer samlet for å oppnå ønsket levert effekt. Hver av kompressorene reguleres med av/på regulering, men samlet gir dette varmepumpeanlegget like mange trinn å regulere på som antall kompressorer. For å få god trinnregulering med lavest mulig slitasje på systemet sørger et styringssystem for at det veksles på bruk av de forskjellige kompressorene, slik at alle får teoretisk like lang levetid. 3.5.3 Turtallsregulering For en jevnere regulering kan det benyttes turtallsregulering av varmepumpens elektromotor. På denne måten styres varmepumpens effektleveranse trinnløst til ønsket nivå, noe som fører til bedre effektfaktor og mindre slitasje på kompressor ettersom energikrevende start unngås. Varmepumpe med turtallsregulering kan derfor dimensjoneres noe høyere enn en med trinnregulering ettersom dellasten ikke vil slite på varmepumpen i like stor grad. 15 Trinnløs regulering minimerer eller eliminerer også behovet for varmeakkumulasjon og gir dermed et enklere og plassbesparende anlegg. Ved høy frekvens kan pumpen levere høyere effekt enn den er dimensjonert for, men dette er ikke ønskelig da det fører til høy slitasje som korter ned anleggets levetid. I dag er av/på og trinnregulering normen i varmepumpebransjen, mens turtallsregulering kommer mer og mer. Det er hovedsakelig i mindre varmepumper at turtallsregulering er kommet på plass. 3.5.4 Justeringsfaktor for dellast Når varmepumpen driftes på lav dellast vil den momentane COP og dermed årsvarmefaktoren reduseres slik at driften blir mindre lønnsom. Figur 9 viser justeringsfaktorer for momentan COP for forskjellige varmepumpetyper (Wigenstad, 2015). Grafen viser at momentan COP ved invertorstyrte varmepumper ikke reduseres før varmepumpen går på 25 % av fullast, mens av/på regulering gir en reduksjon i momentan COP ved all dellastdrift. Figur 9: Reduksjonsfaktor for COP ved dellast Formel 7 viser justeringsfaktor for varmepumper med av/på-regulering med varmeleveranse til vannbårent varmeanlegg: 𝐽𝑢𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑓𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠𝑡 = 𝑥 (0,9 ∙ 𝑥) + 0,1 (7) Hvor x er forholdet mellom varmepumpens effektleveranse under dellast og varmepumpens maksimale effektleveranse. 16 4 Systemløsninger for varmepumpeanlegg 4.1 Spisslast Ved installasjon av varmepumpe som grunnlast i et varmeanlegg er det nødvendig å tilføre en spisslast for å kunne dekke varmebehovet på de kaldeste dagene. Ved bruk av luft/vann varmepumpe dimensjoneres spisslasten til å kunne levere 100 % av varmebehovet ettersom temperaturer lavere enn ca. -15 oC vil gi så lav COP at varmepumpen normalt slås av. For å tilfredsstille energiforsyningskravet i TEK 10, må enten varmepumpen dimensjoneres for minimum 60 % av energibehovet eller lavere energidekningsgrad må kombineres med spisslast fra en fornybar varmekilde. Et vannbårent sentralvarmeanlegg med luft/vann varmepumpe som grunnlast utgjør et fleksibelt oppvarmingssystem som kan benytte seg av flere typer spisslast. I store varmesentraler kan det være aktuelt å installere ulike typer spisslast, og veksle mellom bruk av disse ettersom energiprisen svinger. Slik vil man til enhver tid kunne fyre med den varmekilden som er økonomisk lønnsom. Et slikt system vil ha en høy investeringskostnad, men ved å benytte andre varmekilder enn elektrisitet, når strømprisen er høyest på de kaldeste dagene, vil kunne gi en innsparing over tid. Figur 10: Grunnlast og spisslast vises i graf lånt fra fornybar.no Ved valg av oppvarmingskilde til grunn- og spisslast må en rekke vurderinger og hensyn ligge til grunn. Forsyningssikkerhet vil i mange sammenhenger vurderes som den viktigste faktor ved valg av systemløsning. Ved vurdering av forsyningssikkerhet må det tas hensyn til blant annet geografisk plassering og avklare om energikilden fysisk kan leveres til valgt sted og hvor sårbart systemet er for ytre påkjennelser som værforhold. For enkelte bygningstyper, som for eksempel sykehus, gjeler særskilte krav til forsyningssikkerheten. I enkelte områder hvor fjernvarmenettet er utbygd kan det foreligge tilknytningsplikt slik at byggherre i realiteten ikke har mulighet til å velge varmepumpe som grunnlast. 17 Selv om de som prosjekterer et anlegg ønsker å benytte seg av nye, effektive og energivennlige løsninger er realiteten at alle prosjekter har et budsjett å forholde seg til og pris vil dermed kunne være en avgjørende faktor ved valg av systemløsning. Figur 11: Oppvarmingskilder, hentet fra husbanken.no 4.1.1 Elektrisitet En eller flere elektriske kjeler kan installeres i sentralvarmeanlegget. Bakdelen med å benytte elektrisitet til spisslast er at strømprisen er høyest når varmebehovet er størst. Dersom varmepumpen slåes av når temperaturen blir for lav til at den kan være i drift, kan oppvarmingen bli veldig dyr når el. kjelen må dekke 100 % av effekten. 4.1.2 Oljefyr Oppvarming med fossil olje har tradisjonelt vært mye brukt både i boliger og næringsbygg. Fyringsolje er lett tilgjengelig, billig og har høy brennverdi. Bakdelen med bruk av fyringsolje fra fossilt brennstoff er at den kommer fra en ikke-fornybar kilde og at forbrenning fører til høye klimagassutslipp. Trenden i samfunnet ser ut til å gå mot utfasing av fossile brennstoff og TEK 10 forbyr installering av oljekjel som grunnlast. Oljekjel som spisslast kan være en god løsning der spisslastbehovet er lavt, og der forsyning av andre brennstoff er vanskelig tilgjengelig. Bygg med fyrkjeler som brenner fossil olje kan med enkle grep modifiseres til å brenne bioolje. Biooljen har tilnærmet samme brennverdi som fossil olje og den fordel at den ikke slipper ut klimagasser. Bioolje kan produseres av organisk materiale som matavfall og brukt frityrolje, men realiteten er at hoveddelen av biooljen produseres av råstoff som mais og palmeolje (Naturvernforbundet, 2015). Dyrking av råstoff til bioolje foregår normalt i fattige land, hvor produksjonen opptar store landområder som burde vært utnyttet til matproduksjon. Dette etiske dilemmaet tilsier at selv om bioolje fra et forurensningsperspektiv er vesentlig bedre enn fossil olje, likevel ikke burde benyttes i stor skala til oppvarming. Det kan derimot brukes der spesielle hensyn tilsier det, for eksempel som midlertidig løsning ved utfasing av fossil olje i svært forurensende områder. 18 4.1.3 Pelletskjel Pellets består av treflis som er sammenpresset til små sylindere med lengde på 1-3 cm og diameter på ca. 6-8 mm. Treflisen som benyttes kommer som et biprodukt fra trevareindustrien, og utgjør dermed ingen inngripen i naturen. En moderne pelletsfyr styres trinnløst og automatisk og gir lavt askeavfall. Pelletskjelen kan varme opp vannet til ønsket temperatur og egner seg derfor godt i kombinasjon med varmepumpe. Mangel på tilstrekkelig lagringsplass til pellets kan være et problem. 4.1.4 Fjernvarme Der det er geografisk mulig kan bygget kobles opp mot et fjernvarmenett som leverer varme via en varmeveksler plassert inne i bygget. Fjernvarmen kommer via fjernvarmenettet fra en varmesentral hvor vannet varmes opp. Varmesentralen kan benytte forskjellige energikilder til oppvarming, som biobrensel, olje, varmepumpe eller elektrisitet. Flere fjernvarmeanlegg drar nytte av husholdningsavfall som brennes i en forbrenningsovn. Dette gir både varme til fjernvarmenettet og minimerer uønsket avfallsdeponering. Det er imidlertid et problem at ikke alle fjernvarmeleverandører ønsker å levere kun spisslast til bygg. 4.2 Varmeavgivere Ved bruk av luft/vann varmepumpe installeres det et vannbårent varmeanlegg som oppvarmingssystem. Varmepumpen i kombinasjon med en spisslast forsyner en sentralfyr med varme som distribueres gjennom rør til rom med oppvarmingsbehov. Som varmeavgivere kan det benyttes blant annet radiatorer, gulvvarme eller varmebatteri i ventilasjonsaggregatet. Valg av varmeavgiver vil være avhengig av byggets klimaskall og dermed effektbehov, byggets utforming og bruksområde, samt investeringskostnad. For å sikre god COP på varmepumpen er så lave temperaturnivåer som mulig på anlegget ønskelig. 4.2.1 Radiatorer Tradisjonelt har bygg med vannbårent varmeanlegg og oljefyr benyttet seg av radiatorer med tur/returtemperatur på ca. 80/60 oC. Ettersom varmepumpen i de fleste tilfeller ikke vil kunne levere en så høy temperatur, og heller ikke vil arbeide godt med en så høy returtemperatur benyttes heller et lavtemperatursystem med tur/returtemperatur på ca. 50/30 oC. Fordelen med lavtemperaturanlegg er at det gir gode arbeidsforhold for varmepumpen, ulempen er at den lave temperaturdifferansen mellom radiator og romluft gir en mindre effektiv varmeoverføring som krever et større radiatorareal enn en et tradisjonelt høytemperaturanlegg. 4.2.2 Gulvvarme Gulvvarme består av rørsløyfer som støpes ned i gulvet og transporterer varme med en tur/returtemperatur på 35/30 oC. Gulvvarme egner seg svært godt i boliger da det gir en tilnærmet optimal vertikal temperaturgradient. Temperaturnivået gjør oppvarming med varmepumpe svært godt egnet i kombinasjon med en gulvvarmesløyfe. Gulvvarmesystemer har en relativt høy investeringskostnad, og vil derfor ikke alltid regnes som lønnsom i bygg med lavt energibehov. 19 4.2.3 Ventilasjonsvarme Varmebatteri i ventilasjonsanlegg benyttes til å varme opp uteluften til ønsket temperatur etter en varmegjenvinner. Ventilasjonsvarme kan benyttes i kombinasjon med annen romoppvarming eller som eneste oppvarmingskilde i bygg med svært lavt effektbehov. Dette er foreløpig en lite utprøvd løsning, men lav temperatur på varmeanlegget vil kunne gi god effektfaktor for varmepumpen. 4.3 Kjøling med luft/vann varmepumpe En av de store fordelene med en luft/vann varmepumpe i store varmeanlegg er at den kan benyttes til kjøling når det er behov for det. Ved å reversere varmepumpeprosessen slik at varmen hentes fra bygget og leveres til uteluften, vil bygget kunne kjøles ned. Dette gjøres ved at varmebatteriet i ventilasjonsaggregatet i sommerhalvåret fungerer som et kjølebatteri som leverer vann med en temperatur som er lavere enn uteluften og dermed kjøler den ned til en behagelig temperatur. I passivhus vil ofte kjølebehovet være dimensjonerende for varmepumpen. Dette kommer av at varmebehovet om vinteren er kraftig redusert på grunn av et svært tett og godt isolert klimaskall og at summen av internlasten og soltilskudd av samme grunn fører til overtemperatur om sommeren. Når varmepumpen benyttes til oppvarming kan den ikke benyttes til kjøling samtidig. Rom med kjølebehov må da nedkjøles med andre metoder. Energimessig vil det da være en fordel å installere systemer som utnytter spillvarmen til oppvarming. Et er eksempel på en slik løsning kan være å benytte overskuddsvarme fra datarom, hvor effekttilskuddet kan antas konstant gjennom året, til oppvarming av tappevann. En mindre energilønnsom løsning kan være å «dumpe» varmen til uteluften via en tørrkjøler. 4.4 Varmeakkumulering og tappevann For å minimere antall stopp på varmepumpen og sørge for jevnere drift ved av/på- og trinnregulering bør det installeres en akkumulatortank i mengderegulerte varmeanlegg (Zijdemans, 2014). En varmtvannstank er en type akkumulatortank hvor vannet varmes opp via en varmeveksler og benyttes til lagring av varmt tappevann. Figur 12 viser en kombinert akkumulatortank for forvarming av tappevann og lagring av varmt vann til varmeanlegget. 20 Figur 12: Kombinert akkumulatortank til forvarming av tappevann og varmeanlegg, hentet fra enova.no. Akkumulatortankens oppgave er å lagre og frigi varmen ved behov. Ettersom varmepumpens COP synker ved dellast vil dette også gi en mer energieffektiv drift. I store anlegg kan det installeres store akkumulatortanker som kan lagre varme ved lav energipris og frigi varmen ved høy energipris. Plassmessig er dette imidlertid lite gunstig. Turtallsregulerte varmepumper minimerer eller eliminerer behovet for akkumulatortank, da de gir en jevnere drift med lavere reduksjon i COP ved dellast. 21 5 Teoretisk grunnlag for dimensjonering av varmepumpe For at en varmepumpe skal fungere optimalt, er det helt avgjørende å velge ut riktig varmepumpestørrelse i forhold til byggets forskriftsstandard og klimasted. 5.1 Klimasoner De geografiske forholdene i Norge gjør at det norske klimaet er preget av store motsetninger. Dette skyldes i hovedsak dype fjorder og markerte dalfører med høye fjellpartier imellom. Det kontinentale preget vi ser i store deler av landet, da spesielt østafjells og Finnmarksvidda, skyldes den skjermende virkningen fjellene har. Fjellene har også en stor påvirkning på nedbørsfordelingen (Harstveit & Dannevig, 2015). Norge er delt inn i 7 klimasoner, hvor landets yttergrenser fra topp til «bunn» representerer ytterpunktene i det norske klimaet. Det mildeste klimaet finner vi på kysten i Sør-Norge (klimasone 2), mens det kaldeste klimaet finner vi i Finnmark og innland Troms (klimasone 7). Energigradtall for klimasoner 6000 Energigradtall 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 Landsgjennomsnitt Figur 13: Klimasoner i Norge Figur 14: Energigradtall for klimasoner Et mål på oppvarmingsbehovet er energigradtall, som beregnes ved å regne ut differansen mellom døgnmiddeltemperaturen og en basistemperatur på 17 oC. Ved lavere døgnmiddeltemperatur enn basistemperaturen vil gradtallene bli positive. Dersom døgnmiddeltemperaturen er høyere enn basistemperaturen vil gradtallene bli negative og settes lik null. Energigradtallet finner vi ved å summere alle gradtallene for ett bestemt målepunkt gjennom et helt år (Enova, 2015). Systematiske observasjoner av været over 30-årsperioder er grunnlaget for alle klimainformasjoner og gjennomsnittsverdiene av disse målingene kalles normaler eller gradtallnormaler. Normalene skal i henhold til en internasjonal avtale, benyttes som offisielle gjennomsnittsverdier. Kartet i Figur 13 viser hvordan klimasonene fordeler seg over 22 landet, mens Figur 14 gir en oversikt normalgradtallene for perioden 1981-2010 (Enova, 2015). Energigradtallet forteller hvor stort oppvarmingsbehovet er et gjennomsnittsår, men sier ikke noe om fyringssesongens lengde, eller størrelse på effektbehov. Det er derfor viktig å se på uteluftens temperaturvarighet for å denne et bilde av hvordan oppvarmingsbehovet fordeler seg over året. Figur 15 illustrerer temperaturforholdene i tre forskjellige klimasteder: Oslo, Bergen og Røros. Kurven viser at Bergen har en forholdsvis jevn temperatur gjennom året, mens Røros har et klima med større forskjeller på sommer og vintertemperatur. Figur 15: Temperaturvarighet I tillegg til temperaturforskjeller vil det også være store forskjeller i nedbørsmengder og luftfuktighet i de forskjellige klimasonene. Kald luft har en lavere absolutt luftfuktighet enn varm luft, det vil si at den kan holde på en mindre vannmengde. Vinteren på klimasteder med ekstremt kalde temperaturer som i innlandet vil derfor være preget av en tørrere luft målt i absolutt fuktinnhold enn ved kysten hvor vintrene oftest er milde. 5.2 Effekt- og energiberegning Varmepumpens dimensjonerende varmeeffekt bestemmes i henhold til klimaavhengige behov som inkluderer rom- og ventilasjonsoppvarming samt klimauavhengige behov som oppvarming av tappevann. Byggets brutto effektbehov beregnes ved å beregne byggets transmisjons-, ventilasjons- og infiltrasjonstap ved en gitt dimensjonerende utetemperatur (DUT) og en valgt 23 innetemperatur (NS-EN 12831, 2003). Dette gjøres ved å sette opp et varmetapsregnskap og summere alle varmetapspostene. Effektbehovet regnes ut i fra følgende formel: 𝜙 = 𝜙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑗𝑜𝑛 + 𝜙𝑙𝑢𝑓𝑡𝑏å𝑟𝑒𝑛 + 𝜙𝑜𝑝𝑝𝑣𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 (8) En detaljert beskrivelse for beregning av varmetapspostene finnes i Vedlegg E. 5.3 Varighetskurver For å finne varmepumpens årlige varmeproduksjon, må det utarbeides en ytelsesvarighetskurve for varmepumpen samt en netto effekt-varighetskurve for bygget (Zijdemans, 2014). Arealet under krysningspunktet av disse to kurvene vil gi oss den årlige varmeproduksjonen fra varmepumpen. For å kunne sette opp varmepumpens ytelsesvarighetskurve må byggets netto effektbehov og de lokale klimadataene være kjent. Dette kan gjøres enten ved manuell beregning eller ved å foreta en simulering i program som SIMIEN. For å kartlegge byggets effektbehov settes det opp et effektbalanse diagram og et diagram for netto effektbehov som funksjon av utetemperaturen. Figur 16: Effektbalanse-diagram Figur 17: Netto effektbehov Figur 16 gir en oversikt over brutto varmetap, brutto varmetap minus internlast og soltilskudd som en funksjon av utetemperaturen. Netto effekt til oppvarming (netto varmetap) er arealet mellom kurven for brutto varmetap minus internlast og soltilskudd og vises også separat i Figur 17. 24 Videre må uteluftens temperaturvarighet for byggets plassering kartlegges. Dette gjøres ved å se på hvilken klimasone bygget befinner seg i og hvilke temperaturer som gjelder for dette stedet. Figur 18: Uteluftens temperaturvarighet Figur 19: Byggets effektvarighet Ved å kombinere verdier for uteluftens temperaturvarighet som vist i Figur 18 med byggets netto energibehov kan byggets effektvarighet plottes som vist i Figur 19. Luft/vann varmepumpens effektleveranse og COP vil i stor grad endre seg med utetemperaturen. Ved å ta utgangspunkt i leverandørdata hvor varmepumpene er testet ved forskjellige temperaturer i henhold til den felles europeiske standarden EN 14511, kan effektleveransen plottes som funksjon av utetemperaturen og fremstille varmepumpens ytelseskarakteristikk. Figur 20 viser en typisk ytelseskarakteristikk for en luft/vann varmepumpe som slåes av ved -10 oC. Ved videre å kombinere temperaturvarighetskurve for uteluften med oppgitte verdier for effektleveranse kan varmepumpens ytelsesvarighetskurve plottes i samme diagram som byggets effektvarighet Figur 21. Varmepumpens dimensjoneringspunkt finnes da i skjæringspunktet mellom de to grafene. 25 Figur 20: Varmepumpens ytelseskarakteristikk Figur 21: Dimensjonering av varmepumpe Til venstre for dimensjoneringspunktet vil varmepumpen gå på fullast, det vil si at den arbeider med maksimal kapasitet og leverer så mye varme den kan. Til høyre for dimensjoneringspunktet går varmepumpen på dellast og er kapasitetsregulert. 5.4 SIMIEN SIMIEN er et energisimuleringsverktøy utviklet i Norge av Program Byggerne. SIMIEN beregner effekt- og energibehov basert på beregningsmetoder i NS 3031 og har innebygget informasjon om klimadata, forskriftskrav og standardverdier fra NS 3031, passivhusstandard og andre aktuelle standarder og forskrifter. SIMIEN støtter ikke import av BIM-modell, så alle byggets komponenter legges inn manuelt, men programmet foreslår også typiske systemvirkningsgrader for tekniske komponenter. Ved inneklimavurderinger er det mulighet for å dele bygget opp i soner for å se hvordan temperaturen varierer i ulike deler av bygningen. Programmet gjør det mulig å utføre sommer-, vinter- og helårssimuleringer og vurdere bygget mot blant annet TEK 10 og passivhusstandard. En tidlig evaluering i SIMIEN vil gi en god indikasjon på om bygget oppfyller krav i teknisk forskrift og gjør det mulig å indentifisere hvilke forbedringer som bør gjennomføres. SIMIEN foretar en dynamisk energiberegning på timesbasis og tar hensyn til hvordan blant annet internlast og luftmengder vil variere med tilstedeværelse og driftstid, samt at effektbehovet svinger med varierende utetemperatur og solinnstråling gjennom døgnet og året. Beregningen i SIMIEN gir i motsetning til den manuelle beregningsmetoden et direkte resultat for netto effektbehov ved alle årets 8760 timer slik at disse enkelt kan fremstilles i et effekt-varighetsdiagram. 26 5.5 Premisser for et velfungerende varmepumpeanlegg 5.5.1 Realistisk beregningsgrunnlag For riktig dimensjonering av varmepumpen er det essensielt at dimensjoneringer skjer på grunnlag av en realistisk beregning av effekt- og energibehovet i bygget. For å få til dette må energiberegningen ta hensyn til byggets brukssamtidighet, brukers energivaner, systemets treghet og sannsynlige avvik fra ideell beregning etter NS 3031. I forbindelse med dimensjonering av effektbehov til behovsstyrt ventilasjon er det hensiktsmessig å vurdere brukssamtidigheten i et bygg. Dette gjøres for å unngå å dimensjonere ventilasjonsaggregat og dermed varmepumpe unødvendig høyt, slik at det ofte vil måtte levere dellast fordi det aldri eller sjelden er høy tilstedeværelse i bygget. Antall brukere og deres arbeidsvaner må kartlegges for å velge en hensiktsmessig samtidighet, som normalt ligger mellom 60 % og 100 % av maksimal tilstedeværelse i et bygg. Der det antas at mange brukere jevnlig jobber utenfor bygget og kommer og går i løpet av dagen kan det velges en samtidighet ut i fra at det i gjennomsnitt vil være en jevnt lav tilstedeværelse. Selv i et kontorbyggbygg hvor personbelastningen antas å ligge nærmere 100 % gjennom driftstiden vil det være hensiktsmessig å dimensjonere for lavere samtidighet da det kan antas at brukere vil forflytte seg mellom kontorer felles oppholdsrom som møterom og kantine, slik at det ikke vil være samtidig bruk av alle tilluftsventiler. Dersom beregningsgrunnlaget for dimensjonering av varmepumpe avviker mye fra realistisk effekt- og energiforbruk kan dette få konsekvenser som vist i Tabell 7. Tabell 7: Konsekvenser av feildimensjonering av varmepumpe Konsekvens av dimensjonering av varmepumpe med for lavt effektbehov Konsekvens av dimensjonering av varmepumpe med for høyt effektbehov Ikke tilstrekkelig varmeleveranse de kaldeste dagene. Varmepumpen vil ofte operere på ugunstig dellast. Spisslasten vil måtte dekke varmebehovet flere dager, og energidekningsgraden til varmepumpen blir lavere enn forventet. Mange start og stopp kan føre til slitasje, og kortere levetid. Høyere strømutgifter enn forventet. Unødvendig høy investeringskostnad, da en mindre og billigere varmepumpe ville fungert bedre. 27 5.5.2 Temperaturforhold Figur 22 viser hvordan en teoretisk maksimal effektfaktor i et ideelt system uten energitap i komponenter ville sett ut. Figur 22: Sammenligning av virkelig- og teoretisk mulig COP. Zijdemans 2014 I realiteten fører energitap til at effektfaktoren for varmepumper ligger innenfor det grønne området, og ved lav dellast kan det også ligge lavere. For å utnytte varmepumpen best mulig og få høyest mulig COP er det ønskelig med lavest mulig temperaturforskjell i temperaturløftet, det vil si høyest mulig temperatur i fordamperen (der varmen hentes fra) og lavest mulig temperatur i kondensator (der varmen leveres). Utetemperaturen kan ikke kontrolleres, men det kan og bør velges varmeavgivere som ikke krever en temperatur ut av varmepumpen som er høyere enn ca. 50 oC. Erfaringstall viser hvordan temperaturforhold påvirker COP og effektleveranse (Zijdemans, 2014): - COP avtar 2-3 % for hver grad økning i temperaturløft Avgitt effekt reduseres 3-4 % for hver grad senkning av fordampertemperatur Avgitt effekt reduseres ca. 0,5 % for hver grad økning av kondenseringstemperatur Overføring av varme fra varmepumpen til varmeanlegget skjer via kondensatoren, som fungerer som en varmeveksler. For at varmeoverføringen mellom varmepumpe og returvann på varm side skal være mest mulig effektiv er det ønskelig med en lavest mulig returtemperatur til kondensatoren. Dette kommer av at varmeoverføringen er proporsjonal med temperaturforskjellen. Kaldere returtemperatur fører til høyere temperaturforskjell over kondensator og mer effektiv varmeoverføring. Uteluftens forskjellige temperatur og luftfuktighet på forskjellige klimasteder vil gi forskjellige arbeidsforhold for en luft/vann varmepumpe. Som erfaringstallene over viser, vil 28 effektleveransen reduseres mest ved senkning av fordampertemperaturen, dette er grunnen til at luft/vann varmepumper normalt må slåes av ved lave utetemperaturer. Ved hvilken temperatur varmepumpen slås av avhenger av modell og ligger vanligvis mellom -10 oC og -15 oC, mens noen produsenter oppgir at varmepumpen kan driftes ned til -20 oC. En luft/vann varmepumpe vil derfor gi høyest dekningsgrad på steder hvor det sjeldent eller aldri forekommer utetemperaturer lavere enn laveste driftstemperatur. Problemet med rimdannelse på utedel er størst ved temperaturer mellom -5 oC og 5 oC og ved høy relativ luftfuktighet. Kalde klimasoner hvor temperaturen i fyringssesongen ofte ligger lavere enn dette vil ikke i like stor grad være plaget av rimdannelse. I milde kyststrøk derimot vil lufttemperaturen i fyringssesongen ofte ligge i innenfor dette intervallet og føre til en vesentlig lavere årsvarmefaktor for varmepumpen. 5.5.3 Systemløsning For å oppnå lavest mulig returtemperatur til kondensator er det viktig å utforme varmeanlegget slik at varmtvannet utnyttes best mulig. Dette kan for eksempel løses ved seriekobling av komponenter som krever forskjellig tur/retur temperatur. For eksempel kan anlegget utføres slik at radiatorkursens returvann benyttes som turvann til gulvarmekurs. Shuntventiler som blander varmt tur-vann i returvann bør unngås. Mengderegulert anlegg gir lavere returtemperatur til varmepumpen og bør derfor velges fremfor temperaturregulert anlegg. Akkumulatortank bør benyttes for å minimere antall start og stopp på varmepumpen. Ved dimensjonering av varmepumpe lønner det seg å trekke ut oppvarmingsposter som gir dellastdrift. I et bygg hvor effektbehovet til oppvarming av tappevann er svært lavt i forhold til det totale energibehovet til oppvarming, er det uhensiktsmessig å dimensjonere en varmepumpe til romoppvarming som også dekker oppvarming av tappevann om sommeren. Dette vil knytte opp varmepumpen til å levere en svært lav effekt på dellast som er svært ugunstig for varmepumpens levetid, på en tid hvor varmepumpen kunne vært benyttet til kjøling. Et alternativ kan være å installere en separat varmepumpe som kun varmer forbruksvann, da denne vil få en jevn drift gjennom året. 5.5.4 Avriming Kondens på utedel vil alltid forekomme og krever gode løsninger for at vannet renner bort. Ved utetemperatur på 5oC og lavere vil temperaturen på kjøleflaten på utedelen av varmepumpen ligge på frysepunktet og utfelling av kondens vil føre til rimdannelse. Dette islaget på utedelens varmeveksler vil føre til dårligere varmeoverføring ettersom islaget øker i tykkelse. Rimdannelse vil også føre til redusert åpningsareal for varm luft å komme til varmeveksleren, noe om gir økt trykkfall og behov for høyere vifteeffekt (Jakobsen & Stene, 2003). 29 De fleste moderne varmepumper utfører derfor automatisk varmgassavriming ved at prosessen reverseres og varmt arbeidsmedie sendes tilbake til utedelen. Varmepumpeprosessen reverseres via en 4 veis ventil. Ulempen med metoden er at varmepumpen ikke leverer varme under avrimingen, den vil derimot faktisk hente varme fra varmeanlegget. Avrimingens korte lengde (vanligvis ca. 6 min.) og treghet i et vannbårent varmesystem gjør at denne korte mangelen på levert varme i praksis ikke vil oppleves av brukere av bygget. Dette fører til en reduksjon i effektfaktoren på 10-20 % (Stene, Oppvarmingssystemer for lavenergiboliger, 2015). For mest mulig effektiv avriming kan det benyttes varmepumpe med to kompressorer og separate kuldemediekretser. Det kan da veksles på bruk av kompressorer slik at når en kompressor ikke er i bruk vil uteluften ha en høyere temperatur en uteflaten og dermed avrimes naturlig uten «tvungen» avriming. Det vil også være store forskjeller i hvordan varmepumper utfører selve avrimingen. Noen varmepumper utfører avriming ved forhåndsbestemte intervaller i forhold til driftstid lufttemperatur, mens andre har sensorer som detekterer tilising og kun utfører avriming ved behov. 5.5.5 Styring og drift Velfungerende varmepumpesystemer stiller høye krav til kompetanse i prosjektering så vel som innregulering og drift. Godt samarbeid i prosjekt-, overtagelse- og driftsfase er nødvendig for å sikre et velfungerende anlegg. Ved overlevering bør det foretas en grundig innregulering av anlegget. Det bør etableres gode rutiner for å unngå skitt, smuss og korrosjon som reduserer varmeoverføringsevnen til utedelens varmeveksler. Varmepumpesystemer kan være kompliserte og krever riktige forhold for å fungere optimalt. Det finnes utallige eksempler på varmepumpesystemer som ikke fungere slik som forbruker ble forespeilet, og dette hever terskelen for å velge varmepumpe som oppvarmingskilde. I store bygg vil det ofte benyttes flere typer varmekilder og varmeforsyningsløsninger. For eksempel kan det benyttes varmepumpe til grunnlast, separat avtrekksvarmepumpe til oppvarming av tappevann og elkjel til spisslast. Ventilasjonssystemet krever god regulering, og det kan også foregå kjøling samtidig som oppvarming i bygget. For å oppnå godt inneklima er det derfor helt essensielt at disse systemene er koblet sammen i et enkelt og oversiktlig SD-anlegg som gir mulighet til å drifte anlegget hensiktsmessig. God drift krever også kompetent driftspersonell som forstår konsekvenser av endringer i systemet. 30 5.5.6 Oppsummering Oppsummert er dette premissene som bør ligge til grunn i for å få et velfungerende luft/vann varmepumpeanlegg: - Lavest mulig temperaturløft Lav returtemperatur til kondensator Turtallsregulering av varmepumpe Lavest mulig dellastandel Mengderegulert anlegg med akkumulatortank ved av/på regulering Systemløsninger tilpasset det enkelte bygg Mildt klima Gode løsninger for avriming Godt vedlikehold for å unngå korrosjon Et godt SD-anlegg Kompetent driftspersonale 31 6 Metode for dimensjonering av varmepumpe For å undersøke hvordan en luft/vann varmepumpe skal dimensjoneres ved forskjellig klima og forskriftsstandarder er det foretatt effekt- og energiberegninger med utgangspunkt i samme arkitektmodell. Det er gjort beregninger for seks scenarier. Klimastedene Oslo, Bergen og Røros ved TEK 10- og passivhusstandard. Beregningene er gjort med energisimuleringsprogrammet SIMIEN og manuell beregningsmetode. 6.1 Energiberegningsmetoder 6.1.1 Manuell metode For å bedre forståelsen av hvilke beregninger som må utføres for å utarbeide en effektvarighetskurve er det foretatt en manuell beregning for alle scenarier. Fremgangsmåte for utarbeidelse av effektvarighetskurve: 1. 2. 3. 4. Kartlegge byggets varmetapsposter og internlast. Beregne byggets netto effektbehov som funksjon av utetemperatur. Kartlegge temperaturvarighet på aktuelt klimasted. Beregne byggets effektvarighet. Brutto effektbehov er beregnet ut i fra DUT og internlaster er beregnet ut i fra tabellverdier i NS 3131. Soltilskudd er beregnet ut i fra beregningsmetoden SOLVOR, formler finnes i Vedlegg F. Datasett for uteluftens temperaturvarighet er hentet fra boken «VVS-tekniske klimadata for Norge» (Wolleng, 1979). Denne beregningsmetoden benytter døgnmiddelverdier for uteluftens temperaturvarighet og tar dermed ikke hensyn til svingninger i temperatur og effektbehov gjennom døgnet. Den manuelle beregningsmetoden er antatt å gi et grovt estimat for hvordan byggets effektbehov vil fordele seg ut over året. Fullstendig utregning for passivhus i Oslo er beskrevet i Vedlegg H. 6.1.2 SIMIEN Flytdiagrammet viser fremgangsmetode for fremstilling av effektvarighetskurve ved simulering i SIMIEN. Figur 23: Trinnvis fremgangsmetode for fremstilling av effektvarighetskurve. 32 For å fremstille en effektvarighetskurve basert på simuleringer i SIMIEN, må først all inndata legges inn i SIMIEN basert på beregninger og fastsatte verdier i henhold til de ulike forskriftstandarder, for hvert av klimastedene. Inndata i SIMIEN, velger: 1. Klimasted og bygningskategori 2. Legger inn oppvarmet gulvareal og luftvolum 3. Antall soner bygget skal ha basert på bruksmønster og belysning/teknisk utstyr for rommene. 4. Konstruksjoner med varmetapsegenskaper 5. U-verdier og solskjerming 6. Ventilasjonstype, luftmengde, SFP-faktor og tilluftstemperatur. 7. Internlast 8. Setpunkttemperatur i og utenfor driftstid Kjører deretter årssimulering for hvert enkelt klimasted og for begge standarder. Timesverdiene for hver av simuleringene lagres i tekstfil. Timesverdier for utetemperatur, effektbehov til oppvarming og ventilasjonsvarme importeres i Excel, hvor netto effektbehov til oppvarming summeres i en kolonne rangert fra høyest til lavest verdi, med en tilhørende kolonne med timesverdier fra 1 til 8760. Til slutt lages effektvarighetskurven i et xy-diagram hvor effekten vises langs y-aksen som funksjon av tiden (timer), som vises langs x-aksen. 6.1.3 SIMIEN realistisk Ved dimensjonering av varmeanlegg er det nødvendig å endre på noen parametere som kan tenkes at avviker fra den standardiserte SIMIEN beregningen basert på verdier i NS 3031. Den standardiserte beregningen tar utgangspunkt i ideelle forhold. Virkeligheten er ofte en annen. Erfaringer fra bransjen tilsier at den idealiserte beregningen ofte gir et for lavt energiforbruk i forhold til realiteten. Dette kan skyldes flere faktorer, for eksempel at vinduer åpnes, fleksitid og hjemmekontor bidrar til at rom står tomme og det er færre personer på jobb, problemer med drift av anlegg osv. Hvilke parametere som bør endres på er avhengig av type bygg og bruksmønsteret til bygget. For næringsbygg er det vanlig å justere følgende parametere: - Temperaturvirkningsgrad Setpunkt-temperatur Luftmengde Driftstid (internlast) Simulert energiforbruk med disse justeringene vil dermed gi et energiforbruk som samsvarer mer med virkeligheten, og vil dermed gi et bedre grunnlag til å ta ut riktig størrelse på varmepumpen. Det er i oppgaven derfor gjort beregninger i SIMIEN basert på ideelle verdier som beskrevet over og reelle forhold (antatte verdier) for begge standardene og de tre klimastedene. 33 6.2 Inndata Figur 24: Molde tinghus Energiberegninger bygger videre på arbeid gjort i prosjektet «Prosjektering av VVS anlegg i Molde Tinghus» i emnet «Varme-, ventilasjon- og sanitærteknikk» utført høsten 2014. Eksempelbygget Molde Tinghus er prosjektert av Statsbygg på oppdrag fra Domstoladministrasjonen i Molde. Prosjektet har høy miljøambisjon og krav til blant annet energibruk og benyttelse av lavt forurensende materialer. Per i dag er tomta byggeklar, men manglende finansiering gjør at igangsetting er utsatt på ubestemt tid. Energiberegninger er gjort ved TEK 10- og passivhusstandard. 6.2.1 Varmetapsegenskaper Bygget har et totalt gulvareal på 3150 m2 over 5 etasjer inkludert kald kjeller. Areal på alle flater, vinduer og dører er hentet fra arkitektmodell tegnet i Revit Architecture, og presentert i Vedlegg D. Kjelleren ansees i beregningene som kald sone, dvs. at alt varmetap nedover skjer gjennom gulv mellom første etasje og kjelleren. Oppvarmet areal består derfor av etasje 1-4, til sammen 2520 m2. Det er i kjelleren estimert en jevn vintertemperatur på 5 oC for beregning av dimensjonerende effektbehov og en sommertemperatur på 15 oC benyttet i SIMIENberegning. Luftmengder beregnet ut i fra person- og materialbelastning i henhold til TEK 10. Det antas behovsstyrt ventilasjon med brukssamtidighet på 80 %. Gjennomsnittlig luftmengde i driftstiden er derfor antatt å tilsvare 0,8 ganger prosjektert luftbehov (i henhold til anvisning i SIMIEN). For at effekt- og energiberegningene med manuell metode og SIMEN skal være mest mulig sammenlignbare er det benyttet samme verdier for inndata i begge metodene. Tabell 8 viser valgte U-verdier og tekniske spesifikasjoner ved passivhus og TEK 10 standard. Fullstendig oversikt over fasade og vindusarealer finnes i Vedlegg D. 34 Effektbehov til oppvarming av tappevann holdes utenfor energiberegningen ettersom dette er så lavt for et kontorbygg at det ikke lønner seg å inkludere dette i varmepumpens effektdekning. Ved simulering i SIMIEN basert på realistiske forhold, benyttes den samme fremgangsmetoden som beskrevet i SIMIEN, men endrer på følgende 5 parametere med antatte verdier i henhold til Tabell 8: Tabell 8: Inndata til energiberegninger i den realistiske SIMIEN beregningen. Parametere Temperaturvirkningsgrad [%] Setpunkt temperatur [oC] - Driftstid - Utenfor driftstid Luftmengde [m3/h] - Driftstid maks: min: - Utenfor driftstid Driftstid [h] TEK 10 Passivhus Ideell Realistisk Ideell Realistisk 80 75 85 80 21 19 22 22 21 19 22 22 8,42 7 2 12 10,53* 8 0 10 8,42 6 1 12 10,53* 7 0 10 *Realistisk luftmengde er 100 % av beregnet luftmengde. 6.2.2 Internlast For passivhus hentes verdier for internlast fra belysning, utstyr og personer i Tabell 8 og Tabell A.3 i tillegg A i NS 3701. For belysning antas det at 100 % av tilført effekt til belysning konverteres til varme. For bygning etter TEK 10 hentes verdier for internlast i fra Tabell A.1 i tillegg A. For begge forskriftsstandarder er driftstiden i henhold til Tabell A.3 i tillegg A i NS 3031 satt til 12 timer, fra klokken 07.00 til 19.00. Ettersom driftstiden er satt til et halvt døgn er internlast beregnet som en middelverdi i begge beregningsmetodene, dvs. tabellverdien er delt på to for å få riktig energibehov per døgn. Tabell 9 viser verdier for internlast ved TEK 10- og passivhusstandard. Tabell 9: Internlast Internlast Belysning Teknisk utstyr Varmetilskudd fra personer Varmtvann TEK 10 [W/m2] 8 11 4 1,6 Passivhus [W/m2] 4 6 4 1,6 Driftstiden på internlast endres fra 12 til 10 timer ved realistisk beregning i SIMIEN, samtidig som driftstid for ventilasjon og varme opprettholdes som vist i Tabell 8. Vindusareal er hentet fra arkitektmodell i Revit. Andel karm og ramme av totalt vindusareal er målt til ca. 17 %, dvs. 83 % av vindusarealet består av glass og slipper gjennom lys. 35 I manuell metode er det valgt en gjennomsnittlig solskjermingsfaktor som antas å representere et gjennomsnitt mellom solskjerming i åpen og aktivisert stilling. I beregning i SIMIEN er det valgt dynamisk solskjerming med tilsvarende god solskjermingsfaktor. Kravet til solskjermingsfaktor i henhold til TEK 10 er på 0,15, og det antas at bygg som bygges etter denne standarden ikke vil strekke seg etter mer ambisiøse mål. For passivhus er solskjermingsfaktor satt til 0,10. 6.2.3 Klimasteder Det er valgt å foreta energiberegninger ved tre klimasteder som antas å belyse hvordan forskjeller i det norske klimaet påvirker energibruken og dimensjoneringen av varmepumpen. Tabell 10: Klimasted med tilhørende klimasoner, normal gradtall og DUT. Sted Klimasone Oslo Bergen Røros 1. Sør-Norge innland 2. Sør-Norge kyst 3. Sør-Norge høyfjell Normal gradtall 1981-2010 3 882 3 462 5 818 DUT -20 oC -12 oC -40 oC 6.3 Dimensjonering av varmepumpe 6.3.1 Fremgangsmåte for dimensjonering av luft/vann varmepumpe: 1. Bestemme type vannbårent varmeanlegg og maksimalt temperaturløft ved DUT. 2. Hente tabellverdier for effektleveranse og tilført effekt ved gitte utetemperaturer og valgt levert temperatur til varmeanlegget. 3. Legge verdier for effektleveranse for forskjellige varmepumpestørrelser inn i Excel. 4. Korrigere effektleveranse for avriming. 5. Fremstille tre varmepumpestørrelsers korrigerte effektleveranse i samme graf som byggets effektvarighet. 6. Beregne dekningsgrad, COP for varmepumpen og kombinert COP for varmepumpe og spisslast. 7. Velge den varmepumpestørrelsen som ser mest hensiktsmessig ut, ved at den gir god energidekningsgrad og gode dellastforhold. Det er benyttet data for effektleveranse for luft/vann varmepumper for to varmepumpetyper: Clivet ELFOEnergy Vulcan og Clivet ELFOEnergy Vulcan Medium. Dette er varmepumper som leveres til det norske markedet av ABK. Clivet ElfoEnergy Vulcan (heretter kalt Vulcan), kommer i tre forskjellige størrelser, og Clivet ElfoEnergy Vulcan Medium (heretter kalt Vulcan Medium) kommer i seks forskjellige størrelser. Sammen antas det at disse modellene og størrelsene vil kunne dekke variasjonen i effektbehov ved alle scenarier. 36 Figur 25: Clivet ElfoEnergy Vulcan Figur 26: Clivet ElfoEnergy Vulcan Medium Tabell 11: To varmepumpemodeller med produktdata. Clivet ElfoEnergy Vulcan Varmeytelse ved 7oC Størrelse Kuldemedium Kompressortype Antall kompressorer Minimum temperatur på Reversibel varmekilde Mulighet for oppvarming av tappevann 14,9 – 26,3 kW 82, 122, 162, 202, 262, 302 R407c Scroll 1 -15 Ja Ja Clivet ElfoEnergy Vulcan Medium 29,1 – 99,6 kW 41, 61, 81 R407c Scroll 2 -15 Ja Ja Vulcan Medium har to kompressorer med separate kuldemediekretser, noe som gir god driftssikkerhet da anlegget vil kunne levere 50 % effekt ved kompressorhavari og vedlikehold. Både Vulkan og Vulkan Medium er reversible og kan dermed benyttes til kjøling om sommeren. Videre tas det utgangspunkt i leverandørdata hvor varmepumpene er testet ved forskjellige temperaturer i henhold til den felles europeiske standarden EN 14511. Produsent oppgir maksimal effektleveranse og tilført effekt til kompressor ved fullastdrift ved -15, -10, -7, -5, 2, 7 og 10 oC. Det antas mengderegulert varmeanlegg med konstant levert temperatur til varmeanlegget på 45 oC. 6.3.2 Avriming Varmepumpeprodusenter oppgir tabellverdier for levert og tilført effekt til kompressor ved forskjellige temperaturer på anlegg og i uteluft. Disse tabellverdiene representerer drift ved ideelle forhold ved fullast og varmevekslere med helt rene flater. For å ta hensyn til redusert effektleveranse og COP ved reelle forhold oppgir derfor produsenten korreksjonsfaktorer for 37 avriming ved gitte utetemperaturer. Tabell 12 viser korreksjonsfaktorer for varmepumpene i serien Clivet Vulcan: Tabell 12: Korreksjonsfaktor for avriming Utetemperatur [oC] -5 0 5 Andre temperaturer Korreksjonsfaktor for avriming 0,89 0,88 0,94 1 Ettersom det ikke er oppgitt data for effektleveranse ved 0 oC og 5 oC korrigeres denne ved 2 oC og 7 oC da det er tilgjengelig data ved disse verdiene og interpolasjon mellom disse punktene gir et tilsvarende forløp for effektreduksjon. Effektreduksjon om følge av avriming er beregnet ut i fra Tabell 13. Tabell 13: Korrigert korreksjonsfaktor for avriming Utetemperatur [oC] -5 2 7 Andre temperaturer Korreksjonsfaktor for avriming 0,89 0,88 1 1 Legger deretter inn effektleveranse justert for avriming direkte inn i Excel. 6.3.3 Beregning av COP og dekningsgrad For alle varmepumpestørrelsene er det oppgitt tilført effekt til kompressor og totalt tilført effekt til varmepumpen (kompressor, vifter og andre komponenter) ved 7 oC. For å regne ut en COP ved andre utetemperaturer antas det at forholdet mellom tilført effekt til kompressor og totalt tilført effekt holdes konstant ved alle temperaturer for hver enkelt varmepumpemodell og størrelse. Korreksjonsfaktor for alle varmepumpemodeller er vist i Tabell 14: Tabell 14: Beregning av totalt tilført effekt til varmepumpe Varmepumpestørrelse Tilført effekt til kompressor ved 7 grader [kW] 41 61 81 82 122 162 202 262 302 3,99 5,37 7,27 7,06 10,5 13,3 19,2 22,8 27,3 Total tilført effekt ved 7 grader [kW] 4,51 5,82 8,27 7,97 11,4 14,7 20,6 24,6 29,3 Korreksjonsfaktor 1,130 1,084 1,138 1,129 1,086 1,105 1,073 1,079 1,073 Tilført effekt til kompressor justeres ved korreksjonsfaktoren til totalt tilført effekt til varmepumpen. 38 Deretter beregnes det en momentan COP ut i fra forholdet mellom effektleveranse justert for avriming og totalt tilført effekt til varmepumpen. Videre korrigeres denne COP for dellastforhold ut i fra formel 7. Ut i fra graf for temperatur- og effektvarighet anslås varigheten av de forskjellige driftstilfellene, slik at COP ved forskjellige driftstilfelles kan vektes og summeres til et anslag for årsvarmefaktor. Tabeller for utregninger finnes i Vedlegg O. Årsvirkningsgrad for varmeanlegg inkludert spisslast er beregnet ut i fra formel 3. Varmepumpens energidekning er beregnet ved øyemål ved å se på hvor stort areal varmepumpen dekker av området under effektbehovsgrafen. 39 7 Resultat 7.1 Energiberegning 7.1.1 Sammenligning av energiberegning med forskjellige metoder. Nedenfor presenteres effektvarighetskurver for de ulike beregningsmetodene for alle scenarier. Effekt [kW] Oslo Bergen Røros 200 200 200 150 150 150 100 100 100 50 50 50 0 0 0 5000 Ideell Manuell 0 0 Varighet [h] Realistisk 5000 0 Varighet [h] 5000 Varighet [h] Figur 27: Effektvarighet for de tre klimastedene med TEK10 Effekt [kW] Oslo Bergen Røros 120 120 120 100 100 100 80 80 80 60 60 60 40 40 40 20 20 20 0 0 0 5000 Varighet [h] Realistisk Ideell Manuell 0 0 5000 Varighet [h] 0 5000 Varighet [h] Figur 28: Effektvarighet for de tre klimastedene med passivhusstandard. Felles for de tre beregningsmetodene er at simulering gjort i SIMIEN (ideell- og realistisk metode) har et maksimalt effektbehov som er høyere enn ved manuell beregning og at ideell metode skiller seg ut ved at effektvarighetskurven får et brattere forløp enn ved de øvrige beregningsmetodene. 40 For begge standardene viser resultatene at realistisk- og manuell metode følger hverandre med lite avvik for klimastedene Oslo og Bergen, mens det er et større avvik i Røros, og da spesielt for passivhus. Den realistiske metoden gir det høyeste effektbehovet for alle scenarier, med unntak av Bergen passivhusstandard, hvor det er den ideelle metoden som gir det høyeste effektbehovet. Ideell metode gir kortere fyringssesong for alle scenarier, og avviket mellom ideell metode og de to øvrige metodene blir spesielt stort når beregningene gjøres med passivhusstandard. Manuell metode gir stort sett en litt lengre fyringssesong enn ved realistisk metode, med forholdsvis små avvik mellom disse to metodene i TEK 10. Her skiller Røros seg fra Oslo og Bergen, hvor avvikene mellom metodene er større. Noen av årsakene til at den ideelle metoden har det minste behovet for oppvarming av de tre metodene, er at forholdene som er lagt til grunn for beregningene (NS 3031) er ideelle og derfor ikke realistiske. Ved å endre noen parametere i SIMIEN har den ideelle metoden blitt mer realistisk og mer lik den manuelle metoden ved at kurveforløpet er slakere. Ved å sammenligne manuell metode med beregninger i SIMIEN er det viktig å merke seg at SIMIEN opererer med forskjellig klimadata enn ved manuell beregning, hvor den kaldeste utetemperaturen avviker mellom metodene. Som et eksempel opererer SIMIEN med -24,7 oC som kaldeste utetemperatur i Oslo, mens manuell beregning benytter DUT, som i Oslo er -20 oC. For Bergen og Røros er forholdene motsatt. Dette har derimot ingen påvirkning for videre resultater, da effekttoppen utgjør få timer og dermed ikke påvirker resultatene for dimensjonering av varmepumpe. Andre faktorer som kan påvirke resultatene er at SIMIEN utfører timesbaserte beregninger, mens manuell metode baserer seg på døgnmidlede beregninger. Ved så detaljerte beregninger er det rimelig å anta at det vil forekomme tidspunkter hvor varmetapet er høyt på grunn av lav utetemperatur samtidig som internlastene er svært lave eller ikkeeksisterende. Den døgnmidlede beregningen vil derimot ikke vise de timene hvor energibehovet avviker veldig fra normalen. Soltilskudd ved manuell metode er beregnet etter SOLVOR, en beregningsmetode som gir lavere effekttilskudd enn beregning i SIMIEN. Dette resulterer i at netto energibehov holder seg høyere gjennom året og fyringssesongens varighet blir beregnet til lengre enn ved beregning i SIMIEN. Manuell metode gir et udetaljert overslag, mens ideell beregning i SIMIEN ikke representerer et realistisk energiforbruk. Det er derfor valgt å benytte den realistiske metoden i SIMIEN for dimensjonering av varmepumpe, slik at det er denne metoden som ligger til grunn for videre beregninger og resultat fremstillinger. 41 7.1.2 Sammenligning av energiberegning ved alle scenarier Figur 29 og Figur 30 Figur 30 viser effektvarighetskurver for de tre klimastedene ved begge standardene. Effekt [kW] 180 Effekt [kW] TEK10 Passivhus 180 177 160 160 140 140 139 120 120 100 112 100 98 Oslo Bergen Røros Tappevann 80 60 40 87 80 Oslo Bergen Røros Tappevann 63 60 40 20 20 0 0 0 2000 4000 6000 8000 0 2000 4000 Varighet [h] 6000 8000 Varighet [h] Figur 29: Effektvarighetskurver TEK 10 Figur 30: Effektvarighetskurver passivhus. Figurene viser at det er Røros som har det høyeste effektbehovet, største energibehovet og lengste fyringssesongen av de tre klimastedene for begge standarder, mens Bergen har de laveste verdiene. Bergen har et brattere kurveforløp i starten enn de to andre klimastedene, for så å flate ut mot slutten. Ved å se på forskjellen mellom standardene, har samtlige klimasteder vesentlig høyere effekt- og energibehov med TEK 10 sammenlignet med passivhusstandard. Fyringssesongens varighet blir litt redusert ved beregninger gjort med passivhus fremfor TEK 10. Resultatet som fremkommer her er typisk for de tre klimastedene. Figur 31 viser en detaljert oversikt over det totale energibehovet ved alle scenarier. Totalt energibehov til oppvarming inkludert tappevann 100,0 86,3 [kwh/m2] 80,0 61,0 60,0 40,0 49,2 35,3 48,8 28,9 TEK10 Passivhus 20,0 0,0 Oslo Bergen Røros Figur 31: Energibehov til ventilasjon, oppvarming og tappevann 42 Figuren viser at Røros har det største energibehovet, nesten dobbelt så stort som Bergen, som har det laveste energibehovet av de tre klimastedene. Dette gjelder for begge standardene. Ettersom Røros har det kaldeste klimaet og Bergen det varmeste klimaet gjennom året er resultatene som forventet. For de tre klimastedene blir energibehovet vesentlig redusert ved å benytte passivhusstandard fremfor TEK 10. Dette skyldes et vesentlig bedre klimaskall, og mer effektive tekniske installasjoner ved passivhusstandard. 7.1.3 Effektbehovsfordeling Figur 32 og Figur 33 viser effektbehovsfordelingen for Bergen for begge forskriftstandarder. Vedlegg L viser resultatene for de øvrige klimastedene. Effekt [kW] Effekt [kW] TEK 10 80 Passivhus 80 70 Romoppvarming 70 Romoppvarming 60 Ventilasjonsvarme 60 Ventilasjonsvarme 50 Tappevann 50 Tappevann 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Varighet [h] Figur 32: Effektbehovsfordeling for Bergen TEK 10 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Varighet [h] Figur 33: Effektbehovsfordeling for Bergen passivhus Figurene viser at tappevann utgjør en konstant varmelast gjennom året, og er den samme uavhengig forskriftsstandard. Dette gjelder også uavhengig av klimasted. Romoppvarming og ventilasjonsvarme er begge temperaturavhengige, slik at behovet for effekt er størst når det er kaldest. Romoppvarming krever mer energi og har en høyere maksimal effekt enn ventilasjonsvarme. Varigheten for romoppvarming er mer enn fordoblet sammenlignet med ventilasjonsvarme. Dette er en trend som er gjeldene for alle tre klimastedene. 43 Figur 34 viser hvor stor andel av det totale energibehovet som går til tappevann for de ulike scenariene. Andel tappevann av totalt energibehov 24 25 20 Prosent [%] 20 15 14 12 14 TEK10 10 8 Passivhus 5 0 Oslo Bergen Røros Figur 34: Andel tappevann av totalt energibehov. Figuren viser at beregning gjort med passivhusstandard bidrar til at en større andel av det totale energibehovet går med til oppvarming av tappevann sammenlignet med beregninger gjort med TEK 10. For Bergen utgjør forskjellen mellom standardene 10 %, med henholdsvis 24 % for passivhus og 14 % for TEK 10. Dette skyldes at tappevannet er en konstant varmelast og utgjør dermed en større andel når oppvarmingsbehovet er redusert. Resultatene viser et mindre avvik mellom standardene for de øvrige klimastedene. Ved å trekke ut andelen av tappevann fra det totale energibehovet, viser Figur 35 energibehovet til ventilasjon- og romoppvarming for alle scenarier. Energibehov til ventilasjon- og romoppvarming 79,2 80,0 [kwh/m2] 60,0 54,0 42,2 41,8 TEK10 40,0 28,3 Passivhus 21,9 20,0 0,0 Oslo Bergen Røros Figur 35: Totalt energibehov minus tappevann. Tappevann holdes utenfor i videre resultatfremstillinger, slik at det kun er tallene presentert i Figur 35 som ligger til grunn for videre beregninger. 44 7.1.4 Effekt- og temperaturvarighet Figur 36 viser effekt- og temperaturvarighet for Oslo med begge standarder. Vedlegg M viser de øvrige klimastedene. Effekt- og temperaturvarighet Oslo 160 Effekt [kW] 120 15 100 5 80 60 -5 TEK10 40 Passiv 20 Utetemperatur [°C] 25 140 -15 Temperaturvarighet 0 -25 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 36: Effekt- og temperaturvarighet for Oslo, begge standarder. Ved å plotte temperaturvarigheten er det mulig å hente ut effektbehovet ved gitte utetemperaturer. Disse resultatene og resultatene for de øvrige klimastedene benyttes videre til dimensjonering av varmepumper. 45 7.2 Varmepumper 7.2.1 Avriming Figur 37 og Figur 38 viser varmepumpens reduserte ytelse som følge av avriming i Bergen og Røros ved TEK 10 standard. Disse klimastedene er benyttet som eksempler da de best illustrerer hvordan avrimingen påvirker effektleveransen forskjellig for klimastedene. VP - ytelse justert for avriming Bergen - TEK 10 100 30 Effektvarighet 90 25 82 Temperaturvarighet 70 Effekt [kW] 15 10 60 5 50 40 20 Justert ytelse 0 10 7 5 2 0 -5 30 -5 20 -10 10 -15 0 Temperatur [oC] 80 -20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 37: Varmepumpeytelse, justert for avriming. I dette eksempelet, med varmepumpestørrelse 82 i Bergen, ligger avrimingsområdet innenfor varmepumpens fullastområde og vil derfor redusere varmepumpens dekningsgrad med om lag 7000 kWh. Dette fører også til at varmepumpens reelle dimensjoneringspunkt blir flyttet fra ca. 2 oC til 3 oC og dimensjonerende effekt reduseres fra ca. 26 kW til 24 kW. Dersom varmepumpens ytelse var justert ut i fra bransjenormtall med maksimal effektreduksjon på 20 % ved avriming ville reduksjonen i dekningsgrad vært betydelig større og dimensjoneringspunktet lavere. 46 VP - ytelse justert for avriming Røros - TEK 10 180 30 Effektvarighet 20 202 140 Justert for avriming 120 Temperaturvarighet 100 -10 80 -7 -5 -3 0 5 2 7 10 10 0 -10 -15 60 Temperatur [oC] Effekt [kW] 160 -20 40 -30 20 0 -40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 38: Varmepumpeytelse, justert for avriming. I eksempel med varmepumpestørrelse 202 i Røros ligger avrimingsområdet i varmepumpens dellastområde og vil derfor ikke redusere varmepumpens dekningsgrad eller dimensjoneringspunkt. Derimot vil momentan COP ved avrimingen reduseres, ettersom forholdet mellom levert- og tilført effekt reduseres. Grafene fra begge eksemplene viser at avriming kan gi vesentlige endringer i effektleveranse og dekningsgrad. Varmepumpeytelse i resterende beregninger er derfor justert for avriming. Tabell 12: Korreksjonsfaktor for avriming, viser at den momentane effektleveransen reduseres med mellom 6 og 12 % i avrimingsområdet mellom -5 oC og 5 oC. De fleste fagartikler (Stene, Oppvarmingssystemer for lavenergiboliger, 2015) refererer til en effektreduksjon på mellom 10 % og 20 %, noe som utgjør en totalt større reduksjon på effektleveransen. 47 Figur 39 viser hvor stor effektreduksjon avriming med produktdata og bransjenormtall utgjør i forhold til ideelle forhold, her markert som grønn kurve (82). VP - ytelse justert for avriming Bergen - TEK 10 100 30 90 25 80 20 15 10 60 Effekt [kW] 5 50 0 10 7 5 2 40 0 -5 Effektvarighet 30 82 -5 20 Produktdata -10 Bransjenorm 10 Temperaturvarighet 0 Temperatur [oC] 70 -15 -20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighetr [h] Figur 39: Effektleveranse redusert for avriming En forklaring på forskjell i effektreduksjon som følge av avriming kan være at varmepumpemodellen benyttet i beregningene utfører en effektiv avriming i forhold til andre varmepumpemodeller i det norsk markedet. Det er gjort en sammenligning av den relative luftfuktigheten i testlaboratoriet med gjennomsnittlig relativ luftfuktighet i SIMIENs klimadatabase for Oslo, Bergen og Røros ved samme temperaturer. 48 RH ved forskjellige temperaturer 100 95 RH [%] 90 85 85 86,1 80 Laboratorietest 75 Oslo 77,9 Bergen 70 Røros 70,9 65 60 -15 -10 -7 -5 2 7 10 Lufttemperatur [oC] Figur 40: Relativ luftfuktighet ved ulike temperaturer Av resultatet i Figur 40 kommer det fram at gjennomsnittlig luftfuktighet i Oslo og Bergen ligger lavere enn ved laboratorietesten i avrimingsområdet mellom -5 oC og 5 oC. I Røros ligger den gjennomsnittlige luftfuktigheten kun minimalt over laboratorietesten. Resultatet antyder dermed at den relative luftfuktigheten i laboratorietesten ikke er underestimert i forhold til virkelige forhold og at den lave momentane effektreduksjon sammenlignet med normtallet på 10-20% som følge av avriming skyldes andre forhold. Produktdatabladets lave momentane effektreduksjon i forhold til normtallene kan derfor skyldes hvordan avrimingen utføres, i forhold til avrimingens lengde og hyppighet. Som beskrevet i kapittel 5.5.4 utføres avrimingen på forskjellige måter på forskjellige varmepumpeanlegg. 7.2.2 Valg av riktig varmepumpestørrelse Viser fremgangsmåte for valg av hensiktsmessig varmepumpestørrelse ved å benytte Oslo – Passivhus som eksempel. Den samme fremgangsmåte er benyttet for valg av varmepumpe til alle scenarier. Figur 41 viser byggets effektvarighet, temperaturvarighet og effektleveranse til tre varmepumpestørrelser. Ved kun å se på grafen kan et overslag av dekningsgrad finnes, samt dimensjoneringspunkt for de forskjellige varmepumpestørrelsene. 49 Effektvarighet og varmepumpestørrelser Oslo - Passivhus 100 40 82 122 61 Temperaturvarighet 80 Effekt [kW] 70 30 20 60 10 7 10 2 50 40 -10 30 -15 -7 0 -5 -10 Temperatur [oC] 90 20 -20 10 0 -30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 41: Effektvarighet og varmepumpestørrelser Oslo -Passivhus. Beregning av dekningsgrad, årsvarmefaktor og system-COP gir en mer detaljert fremstilling av parametere som påvirker valg av varmepumpestørrelsen. Tabell 15 viser en detaljert oversikt over disse beregningene. Tabell 15: Beregning av dekningsgrad og COP Oslo - Passivhus Byggets energibehov eksklusiv tappevann [kWh] Byggets energibehov inklusiv tappevann [kWh] Varmepumpemodell Dimensjonerende effekt [kW] Dimensjonerende temperatur [oC] Varmepumpens energidekning [kWh] Spisslastens energidekning [kWh] Dekningsgrad av ventilasjons- og romoppvarming Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Antall driftstimer COP varmepumpe COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 71 203 88 863 Varmepumpestørrelse 61 82 122 14 20 28 -1 -6 -10 50 600 62 400 64 700 20 603 8 803 6 503 0,71 0,88 0,91 0,57 0,70 0,73 4 860 4 860 4 860 2,56 2,52 2,38 1,76 2,12 2,11 50 Figur 42 viser hvordan dekningsgraden varierer for de tre varmepumpestørrelsene. Dersom det benyttes elektrisk oppvarming til tappevann og spisslast må varmepumpens totale dekningsgrad inkludert tappevannsoppvarming dekke minimum 60 % for å tilfredsstille forskriftskravet. Dekningsgrad [%] Dekningsgrad for forskjellige varmepumpestørrelser Oslo - Passivhus 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 91 88 71 73 70 57 Dekningsgrad Total dekningsgrad inkludert tappevann [%] 61 82 122 Figur 42: Dekningsgrad for forskjellige varmepumpestørrelse. Som stolpediagrammet viser vil varmepumpestørrelsene 82 og 122 alene kunne dekke kravet til fornybarandel av totalt energibehov til oppvarming. Varmepumpestørrelse 61 vil derimot ikke oppfylle kravet, og det vil derfor være nødvendig å velge fornybar oppvarming til enten spisslast eller tappevann for å oppfylle kravet. COP for forskjellige varmepumpestørrelser Oslo - Passivhus 3,00 2,6 2,5 2,4 COP 2,50 2,1 2,00 2,1 1,8 COP varmepumpe 1,50 COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 1,00 0,50 0,00 61 82 122 Figur 43: COP for forskjellige varmepumpestørrelser. Figur 43 viser COP for kun varmepumpe og varmepumpesystem inkludert spisslast. Det er antatt elektrisk oppvarming ved el-kjel med virkningsgrad 1 for spisslasten. COP for kun 51 varmepumpen er best ved varmepumpestørrelse 61 ettersom denne har kortest periode med dellast. Det framkommer av grafen at varmepumpe 61, som var den med best COP for varmepumpen, gir den dårligste COP for systemet. Dette kommer av at elektrisk oppvarming har en virkningsgrad på 1, altså en lavere virkningsgrad enn varmepumpesystemet, og dermed trekker ned virkningsgraden mer der andelen spisslast er størst. COP for systemet er like stor for størrelsene 82 og 122, med andre ord har begge størrelsene samme energisparepotensial. Dette kommer av at COP for systemet avhenger både av dekningsgrad og årsvarmefaktor, og at der 82 har lav dekningsgrad og høy COP er det motsatt for 122. Det antas at en større varmepumpe har en dyrere investeringskostnad og at det dermed vil være økonomisk lønnsomt å velge størrelse 82, framfor 122. Størrelse 82 vil også ha en kortere varighet av dellastdrift og dermed også potensielt lenger levetid. Derfor anses varmepumpestørrelse 82 som mest hensiktsmessig for dette scenario. 52 7.2.3 Valgte varmepumper Nedenfor presenteres grafer og beregnede verdier som ligger til grunn for valg av hensiktsmessig varmepumpestørrelse for alle scenarier. Effektvarighet og varmepumpestørrelser Oslo - Passivhus 40 90 82 80 122 70 61 30 20 Temperaturvarighet 60 10 7 10 2 50 40 -10 30 -15 -7 0 -5 -10 Temperatur [oC] Effekt [kW] 100 20 -20 10 0 -30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 44: Effektvarighet og varmepumpestørrelser for Oslo passivhus Tabell 16: Beregning av dekningsgrad og COP for Oslo passivhus Oslo - Passivhus Byggets energibehov eksklusiv tappevann [kWh] Byggets energibehov inklusiv tappevann [kWh] Varmepumpemodell Dimensjonerende effekt [kW] Dimensjonerende temperatur [oC] Varmepumpens energidekning [kWh] Spisslastens energidekning [kWh] Dekningsgrad av ventilasjons- og romoppvarming Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Antall driftstimer COP varmepumpe COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 71 203 88 863 Varmepumpestørrelse 61 82 122 14 20 28 -1 -6 -10 50 600 62 400 64 700 20 603 8 803 6 503 0,71 0,88 0,91 0,57 0,70 0,73 4 860 4 860 4 860 2,56 2,52 2,38 1,76 2,12 2,11 Som beskrevet i kapittel 7.2.2 er varmepumpestørrelse 82 ansett som den mest hensiktsmessige størrelsen i Oslo ved passivhusstandard. 53 Effektvarighet og varmepumpestørrelser Oslo - TEK 10 160 40 140 120 Effekt [kW] 100 7 40 10 2 80 60 20 10 -10 -15 -7 -5 82 0 122 -10 162 20 Temperaturvarighet 0 Temperatur [oC] 30 -20 -30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 45: Effektvarighet og varmepumpestørrelser for Oslo TEK 10 Tabell 17: Beregning av dekningsgrad og COP for Oslo TEK 10 Oslo - TEK 10 Byggets energibehov eksklusiv tappevann [kWh] Byggets energibehov inklusiv tappevann [kWh] Varmepumpemodell Dimensjonerende effekt [kW] Dimensjonerende temperatur [oC] Varmepumpens energidekning [kWh] Spisslastens energidekning [kWh] Dekningsgrad av ventilasjons- og romoppvarming Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Antall driftstimer COP varmepumpe COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 136 000 153 660 Varmepumpestørrelse 82 122 162 23 30 36 1 -1 -5 88 348 106 404 118 021 47 652 29 596 17 979 0,65 0,78 0,87 0,57 0,69 0,77 5 094 5 094 5 094 2,71 2,64 2,63 1,70 1,94 2,16 Av Tabell 17 kommer det frem at den minste varmepumpen ikke tilfredstiller forskriftskravet, og må derfor kombineres med andre fornybare energikilder. Størrelsene 122 og 162 har begge tilfredsstillende årsvarmefaktor for anlegget og gir samtidig en vesentlig bedre årsvarmefaktoren for anlegget enn den minste varmepumpen. Figur 45 viser at størrelse 122 har en større andel av sitt arbeidsområde innenfor fullastområdet enn størrelse 162, noe som gir bedre driftsforhold for varmepumpen. Tabelloversikten og den grafiske framstillingen gir derfor indikasjoner på at det er den mellomstore varmepumpen som er det mest fornuftige valget i dette tilfellet. 54 Effektvarighet og varmepumpestørrelser Bergen - Passivhus 70 30 25 41 61 Effekt [kW] 50 20 81 15 Temperaturvarighet 40 10 10 7 30 5 2 20 Temperatur [oC] 60 0 -5 10 -7 -5 0 -10 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 46: Effektvarighet og varmepumpestørrelser for Bergen passivhus Tabell 18: Beregning av dekningsgrad og COP for Bergen passivhus Bergen - Passivhus Byggets energibehov eksklusiv tappevann [kWh] Byggets energibehov inklusiv tappevann [kWh] Varmepumpemodell Dimensjonerende effekt [kW] Dimensjonerende temperatur [oC] Varmepumpens energidekning [kWh] Spisslastens energidekning [kWh] Dekningsgrad av ventilasjons- og romoppvarming Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Antall driftstimer COP varmepumpe COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 55 146 72 806 Varmepumpestørrelse 41 61 81 12 15 17 3 1 -1 38 213 43 976 48 834 16 933 11 170 6 312 0,69 0,80 0,89 0,52 0,60 0,67 4 747 4 747 4 747 2,51 2,49 2,22 1,71 1,91 1,95 Resultatene som fremkommer i Tabell 18 viser at varmepumpestørrelse 61 og 81 tilfredstiller forskriftskravet, i motsetning til den minste varmepumpen. Årsvarmefaktor for anlegget er omtrent den samme for begge disse størrelsene, mens størrelse 61 har en vesentlig bedre årsvarmefaktor for varmepumpen sammenlignet med størrelse 81. Størrelse 61 anses derfor som det mest fornuftige valget i dette tilfellet. 55 Effektvarighet og varmepumpestørrelser Bergen - TEK 10 120 30 61 82 122 Temperaturvarighet Effekt [kW] 80 25 20 15 10 60 10 7 5 2 40 Temperatur [oC] 100 0 20 -5 -7 -5 0 -10 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 47: Effektvarighet og varmepumpestørrelser for Bergen TEK 10 Tabell 19: Beregning av dekningsgrad og COP for Bergen TEK 10 Bergen - TEK 10 Byggets energibehov eksklusiv tappevann [kWh] Byggets energibehov inklusiv tappevann [kWh] Varmepumpemodell Dimensjonerende effekt [kW] Dimensjonerende temperatur [oC] Varmepumpens energidekning [kWh] Spisslastens energidekning [kWh] Dekningsgrad av ventilasjons- og romoppvarming Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Antall driftstimer COP varmepumpe COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 106 403 124 063 Varmepumpestørrelse 61 82 122 17 24 30 5 3 0 62 507 83 513 96 706 43 895 22 890 9 696 0,59 0,78 0,91 0,50 0,67 0,78 5 177 5 177 5 177 2,79 2,81 2,65 1,61 2,02 2,30 Resultatene i Tabell 19 viser at den minste varmepumpen ikke dekker forskriftskravet. Størrelsene 82 og 122 dekker begge forskriftskravet, og kan derfor kombineres med elektrisk oppvarming av tappevann og spisslast. Figur 47 viser at varmepumpestørrelse 82 har en større andel av arbeidet sitt i fullastområdet sammenlignet med størrelse 122, men resultatet viser at COP for størrelse 122 ikke er vesentlig påvirket av dellast med en god COP på 2,65. COP inkludert spisslast på 2,30 gir et vesentlig høyere energisparepotensialet enn for størrelse 82 med COP på 2,02. 56 Resultatene gir ikke et entydig svar på hvilken varmepumpe som egner seg best av størrelsene 82 og 122. Dette kommer av at COP inkludert spisslast for varmepumpe 122 er vesentlig høyere enn for 82, mens størrelse 82 vil ha bedre delasttforhold og sannsynligvis være billigere i innkjøp. I dette tilfellet vil det derfor være naturlig å veie innkjøps- og installasjonskostnader mot energisparepotensialet. Effektvarighet og varmepumpestørrelser Røros - Passivhus 120 30 82 122 20 162 80 Effekt [kW] 7 Temperaturvarighet 60 -10 -7 10 10 2 0 -5 -10 -15 40 Temperatur [oC] 100 -20 20 -30 0 -40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 48: Effektvarighet og varmepumpestørrelser for Røros passivhus Tabell 20: Beregning av dekningsgrad og COP for Røros passivhus. Røros - Passivhus Byggets energibehov eksklusiv tappevann [kWh] Byggets energibehov inklusiv tappevann [kWh] Varmepumpemodell Dimensjonerende effekt [kW] Dimensjonerende temperatur [oC] Varmepumpens energidekning [kWh] Spisslastens energidekning [kWh] Dekningsgrad av ventilasjons- og romoppvarming Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Antall driftstimer COP varmepumpe COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 105 265 122 925 Varmepumpestørrelse 82 122 162 20 26 32 -7 -12 -15 67 256 70 378 73 658 38 008 34 886 31 605 0,64 0,67 0,70 0,55 0,57 0,60 5 059 5 059 5 059 2,51 2,44 2,37 1,62 1,65 1,68 57 Tabell 20 viser at dersom forskriftskravet på 60 % energidekning skal oppfylles må varmepumpestørrelse 162 benyttes. Ettersom denne har dimensjoneringspunkt ved -15 grader vil varmepumpen aldri operere på fullast, men kun ved dellast, vil det være naturlig å velge en mindre pumpe. Ettersom forskjeller i energidekningsgrad er minimal, henholdsvis 55 % og 60 % for størrelse 82 og 162, vil det være mest hensiktsmessig å velge den minste størrelsen ettersom denne opererer under mer gunstige forhold, se Figur 48. Det vil da være nødvendig å velge fornybar oppvarming til enten spisslast eller tappevann for å oppfylle kravet. Effektvarighet og varmepumpestørrelser Røros - TEK 10 200 30 162 202 20 160 302 140 Temperaturvarighet 120 100 -10 -7 7 10 10 2 0 -5 -10 -15 80 60 -20 Temperatur [oC] Effekt [kW] 180 40 -30 20 0 -40 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Varighet [h] Figur 49: Effektvarighet og varmepumpestørrelser for Røros TEK 10 58 Tabell 21: Beregning av dekningsgrad og COP for Røros TEK 10. Røros - TEK 10 Byggets energibehov eksklusiv tappevann [kWh] Byggets energibehov inklusiv tappevann [kWh] Varmepumpemodell Dimensjonerende effekt [kW] Dimensjonerende temperatur [oC] Varmepumpens energidekning [kWh] Spisslastens energidekning [kWh] Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Dekningsgrad av totalt oppvarmingsbehov Antall driftstimer COP varmepumpe COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 199 708 217 367 Varmepumpestørrelse 162 202 302 42 48 56 -6 -10 -15 135 968 141 699 147 687 63 739 58 009 52 020 0,68 0,71 0,74 0,63 0,65 0,68 5 094 5 094 5 094 2,43 2,29 2,17 1,67 1,67 1,66 Alle varmepumpestørrelsene tilfredsstiller fornybarkravet og har tilnærmet samme COP inkludert spisslast. I Røros ved TEK 10 standard vil det være mulig å dimensjonere en varmepumpe som alene dekker fornybarkravet på 60 % av energibehovet og likevel har en relativt god årsvarmefaktor. Varmepumpestørrelse 162 har en total dekningsgrad på 63 % og en årsvarmefaktor på 2,43. Ved passivhusstandard i Røros vil det være vanskelig å oppfylle fornybarkravet ved en varmepumpe som også opererer under gode forhold (fullast). Her vil det være hensiktsmessig å benytte fornybar oppvarming til spisslast og/eller tappevann, slik at varmepumpen kan opererer under mer gunstige forhold. 59 7.2.4 Distribusjons- og reguleringstap Ettersom det forekommer tap i distribusjonssystemet og ved regulering vil anleggets COP reduseres i henhold til verdiene i Tabell 6 når det et er antatt at spisslast fra el-kjel benytter samme regulerings- og distribusjonssystem. COP justert for distribusjons- og reguleringstap Oslo - Passivhus 3,00 COP 2,50 2,00 2,12 2,11 1,81 1,76 1,81 1,51 COP inkludert spisslast (ikke tappevann) 1,50 COP inkludert spisslast (ikke tappevann) justert for distribusjon og regulering 1,00 0,50 0,00 61 82 122 Figur 50: COP justert for distribusjons- og reguleringstap. Figuren viser at årsvarmefaktor justert for distribusjons- og reguleringstap reduseres vesentlig. Dersom det sammenlignes med oppvarming med elektriske panelovner som ikke har distribusjons- og reguleringstap, men en virkningsgrad på 1 fram til varmeleveranse i rommet, ser vi hvor mange enheter varme man får «gratis» per enhet tilført elektrisk energi. Ved å benytte varmepumpestørrelse 122 vil «gratis» varme i gjennomsnitt utgjøre 0,81 enheter per enhet tilført energi over året. Videre er det viktig å påpeke at denne gratisvarmen ikke kommer gratis ettersom et varmepumpeanlegg med vannbårent varmesystem normalt er vesentlig dyrere i installasjon og vedlikehold enn et elektrisk varmeanlegg. For at varmepumpesystemet skal være økonomisk lønnsomt må derfor gratisvarmen være høyere enn installasjons- og driftskostnader gjennom anleggets levetid. Det er derfor umulig å vurdere lønnsomheten i et anlegg basert på årsvirkningsgrad uten å ha fullstendig oversikt over anleggets totale utgifter til drift og vedlikehold. 60 7.3 Oppsummering Resultatene som ligger til grunn for alle scenarier bygger på realistisk simulering i SIMIEN hvor enkelte parametere er endret på i forhold til standardverdier i NS 3031. Dette medfører derfor usikkerhet om antatte verdier som ligger til grunn for beregningene er riktige. Resultatene viser at det er Røros som har det høyeste effektbehovet, største energibehovet og lengste fyringssesongen av de tre klimastedene for begge forskriftsstandarder, mens Bergen har de laveste verdiene. TEK 10 gir vesentlig høyere effekt- og energibehov sammenlignet med passivhusstandard, og noe lengre fyringssesong. For alle scenarier oppfyller ikke den minste varmepumpen fornybarandelen i henhold til forskriftskravet. Unntaket er Røros TEK 10 der alle varmepumpestørrelsene oppfyller forskriftskravet. For Oslo og Bergen er den mellomste varmepumpen det beste valget, da denne størrelsen har et større arbeidsområde innenfor fullastområdet sammenlignet med den største varmepumpen. Denne størrelsen gir derfor bedre COP for varmepumpen sammenlignet med den største varmepumpen, mens COP for anlegget er noe lavere. Unntaket her er Bergen TEK 10 hvor resultatene ikke gir et entydig svar. Her vil det derfor være nødvendig å veie innkjøpskostnader mot energisparepotensialet for å bestemme mest hensiktsmessig størrelse. For Røros passivhus er det kun den største varmepumpen som oppyller forskriftskravet med akkurat 60 %. Ettersom denne varmepumpestørrelsen har sitt dimensjoneringspunkt ved -15 oC vil varmepumpen aldri operere på fullast, kun dellast, som gir varmepumpen dårlige arbeidsforhold og dermed kortere levetid. Det vil derfor være naturlig å velge den minste varmepumpen i dette tilfellet og velge fornybar oppvarming til enten spisslast eller tappevann for å oppfylle fornybarkravet. Dette valget styrkes ved at COP for anlegget er omtrent den samme for de tre størrelsene og at COP for varmepumpen gir det beste resultatet for den minste varmepumpen. For Røros TEK 10 er det den minste varmepumpen som klart skiller seg ut som det beste valget. Alle størrelsene oppfyller forskriftskravet, og den minste varmepumpa har den beste COP både for anlegget og varmepumpen sammenlignet med de to andre størrelsene. 61 8 Miljøhuset GK Figur 51: Miljøhuset GK Gruppen fikk en omvisning og en presentasjon av GKs kuldedirektør Ole Jørgen Veiby om hvordan varmepumpene forsyner Miljøhuset GK med varme og kulde. Varmeanlegget består av et lavtemperaturanlegg hvor en reversibel luft/vann varmepumpe leverer varme og kjøling via ventilasjonsluften. Varmepumpen leverer en turtemperatur på 30 oC og har en årsgjennomsnittlig effektfaktor for varme- og kjøleleveranse målt til 2,6. Bygget har behovsstyrt ventilasjon med CO2- og temperaturfølere og automatisk justerbare tilluftsventiler i alle rom. Ventilasjonssystemet består av seks separate aggregater med roterende varmegjenvinner med virkningsgrad på 88 %. Det er ingen radiatorer i bygget, men grenstaver som fungerer som punktvarmekilder langs byggets randsone. Hver grenstav kan levere en effekt på 200 W, men er sjelden i drift ettersom oppvarming ved ventilasjonsluften er tilstrekkelig. Overskuddsvarme fra serverrom i kjelleren leverer varme til oppvarming av tappevann. Ettersom bygget har passivhusstandard er kjølebehovet høyere enn varmebehovet, varmepumpen er derfor dimensjonert etter et kjølebehovet beregnet til 500 kW. En el-kjel fungerer som spisslast og er dimensjonert for hele varmebehovet på 200 kW. Når varmebehovet i snitt synker til under 30 % av dimensjonert behov slås varmepumpen av. Ved temperaturer lavere enn -15 oC benyttes el-kjel til oppvarming av totalt nødvendig effektbehov. Varmepumper er delt opp i flere kretser med separate prosesser. Dette gir ekstra forsyningssikkerhet da de andre kretsene kan kjøres separat, dersom det er behov for service eller forekommer fordamperhavari på en krets. Ved å benytte 30 % glykolblanding i hele anlegget elimineres faren for frostsprengning i rør fra varmepumpens utedel og inn i bygget. Dette gjør det mulig å kjøre turvann fra varmepumpen inn til varmebatteri i ventilasjonsaggregatene uten å gå via en varmeveksler som bidrar til varmetap. 62 Mellom hovedkurs (glykolanlegg) og snøsmelteanlegg er det likevel lagt inn en varmeveksler for å hindre lekkasje fra hovedkurs ved eventuelle lekkasjer fra snøsmelteanlegg ved byggearbeid eller lignende. Målinger viser lavt energiforbruk og lite bruk av el-kjel til oppvarming. Det er viktig å merke seg at det kun finnes målinger fra vinteren 2012/2013 og 2013/2014, to vintre som var varmere enn normalen. Det vil her være naturlig å stille spørsmål ved hvordan målingene hadde sett ut etter en kald vinter. 63 9 Diskusjon I denne oppgaven er varmepumpene dimensjonert ut i fra energibehovet til rom- og ventilasjonsoppvarming ettersom det ikke er hensiktsmessig å benytte varmepumpe til oppvarming av tappevann i sommerhalvåret når effektbehovet til tappevann er svært lavt. Beregningene baserer seg derfor på at det benyttes en egen oppvarmingskilde til tappevann. En annen løsning for oppvarmingssystemet ville vært å benytte varmepumpen til forvarming av tappevannet når varmepumpen er i drift. På denne måten vil varmepumpen kunne heve varmtvannstemperaturen til 45 oC, før en el-kjel hever temperaturen til ønsket nivå. Ved denne løsningen vil varmepumpen levere en høyere energiandel enn om den kun benyttes til rom- og ventilasjonsvarme. Resultatene viser, overraskende nok, at det er mulig å dimensjonere en luft/vann varmepumpe til å dekke 60 % av energibehovet i Røros, selv om en vesentlig andel av fyringssesongen har en utetemperatur som er lavere enn varmepumpens laveste driftstemperatur. Av resultatene fremkommer det likevel at det er mer hensiktsmessig å installere en mindre varmepumpe som ikke alene dekker fornybarkravet, da denne vil få bedre arbeidsforhold og bedre årsvarmefaktor. Varmepumpen må da kombineres med enten fornybar oppvarming av tappevann eller spisslast. Beregningene av dekningsgrad er gjort med varmepumper som opererer ned til -15 oC. I praksis vil mange varmepumper ikke kunne levere ned til en så lav temperatur og dersom det benyttes en varmepumpe som må slås av ved for eksempel -10 oC, vil dette føre til en vesentlig lavere dekningsgrad i kalde klimasteder slik som i Røros. Ved installering av luft/vann varmepumpe i kaldt klima er det derfor helt essensielt å velge en varmepumpetype som er beregnet for kaldt klima og som kan levere varme ved lave temperaturer. I Bergen ligger utetemperaturen sjelden eller aldri lavere enn -10 oC, det vil derfor være mulig å få en god dekningsgrad selv med varmepumper som ikke leverer ved ekstremt lave temperaturer. Energibehov til oppvarming av tappevann er en klimauavhengig last som utgjør en større del av energibehovet i mildt klima. For å kunne benytte seg av elektrisitet som spisslastkilde vil det derfor være hensiktsmessig å benytte fornybar oppvarming av tappevannet. Det kan for eksempel benyttes fyrkjel basert på pellets eller bioolje, eventuelt installeres en egen CO2-varmepumpe som benytter avkastluft til oppvarming av tappevann. Den største ulempen ved luft/vann varmepumper er at de leverer minst varme når varmebehovet er størst ettersom uteluften benyttes som varmekilde. I Røros og andre klimasteder hvor temperaturen faller under varmepumpens laveste driftstemperatur en vesentlig andel av fyringssesongen, vil det der det er mulig være mer hensiktsmessig å 64 benytte en væske/vann varmepumpe som henter jordvarme fra borehull i bakken. En væske/vann varmepumpe vil få stabile driftsforhold da kildetemperaturen holder seg stabil gjennom fyringssesongen. Som vist i Figur 52 vil den kunne dekke en større andel av energibehovet ettersom den kan levere varme uavhengig av utetemperaturen og dermed bidra med «gratisvarme» også når strømprisen er høyest. Grunnvarmen vil holde en høyere temperatur enn uteluften og lavere temperturløft vil gi en høyere COP selv ved lave utetemperaturer. Figur 52: Dekningsgrad med forskjellige varmepumpetyper En væske/vann varmepumpe vil i de fleste tilfeller ha en høyere installasjonskostnad enn en luft/vann varmepumpe ettersom borehullene er kostnadskrevende. Likevel kan den bli den mest lønnsomme løsningen på sikt ettersom energisparingen blir vesentlig høyere. Væske/vann varmepumpe kvalifiserer også til økonomisk støtte fra Enova i nybygg, og får dermed en redusert investeringskostnad, slik at differansen i installasjonskostnad for luft/vann og væske/vann minimeres. Hovedargumentet for installering av varmepumpe er at pengene som spares på lavere strømforbruk i løpet av anleggets levetid skal dekke eller overstige installasjonskostnadene. Et luft/vann varmepumpeanlegg vil ha en relativt høy investeringskostnad i forhold til elektrisk oppvarming med panelovner. I tillegg til selve varmepumpen kommer også installasjon av varmeanlegget med rørføringer, ventiler og varmeavgivere. Spesielt i et passivhus er det nærliggende å anta at argumentet om høy strømsparing ved installasjon av varmepumpe kommer til kort ettersom energibehovet er så lavt at strømsparepotensialet ved installasjon av et vannbårent varmepumpeanlegg ikke nødvendigvis står i forhold til installasjonskostnadene. Ved valg av varmepumpestørrelse må det enten velges varmepumpe med høy energidekning og lav årsvarmefaktor, eller varmepumpe med lav energidekning og høyere 65 årsvarmefaktor. Dellastdrift vil kunne gi slitasje på varmepumpen og dermed forkorte levetiden. Er det derfor hensiktsmessig å dimensjonere varmepumpen så lavt som mulig for å få minst mulig dellast og dermed mindre slitasje og lengere levetid? Vil dette gi lavere totalkostnad fordi investeringskostnaden kommer sjeldnere, selv om kanskje dekningsgraden blir lavere? For å kunne trekke en konklusjon om dekningsgrad eller årsvarmefaktor bør prioriteres i valg av varmepumpestørrelse foreslås det analyser av installasjonskostnader og inntjeningstid for forskjellige løsninger. For å få gode og lønnsomme varmepumpeanlegg i passivhus kan det være fornuftig å tenke nytt i forhold til utformingen av varmeanlegget. Miljøhuset GK er et godt eksempel på nytenkning der forslag om oppvarming kun via ventilasjonsluften innledningsvis ble møtt med skepsis. I dag fungerer bygget godt og viser at det i Oslo-klima er mulig å utforme enkle varmeanlegg med minimalt med punktvarmekilder i et passivhus i Oslo-klima. Selv om GK-bygget ikke har vært gjennom noen kalde vintre, virker dette som en fornuftig løsning, med ventilasjonsvarme som grunnvarmekilde og elektriske grenstaver eller panelovner der det er behov for ekstra varme. I kalde klimasoner og lave forskriftsstandarder vil det ikke nødvendigvis være en god løsning med ventilasjonsoppvarming som hovedkilde, da høyt effektbehov på kalde dager kan gå på bekostning av termisk komfort og inneklima. Dette fordi luften da sannsynligvis må varmes opp til en ubehagelig høy tilluftstemperatur for å dekke varmetapet. Miljøhuset GK er et forskningsprosjekt med solid oppfølging fra GK, SINTEF og Enova. Kompliserte systemer kan kreve kyndig driftspersonale og vedlikehold, er det realistisk å kunne bygge på denne måten i bygg uten samme oppfølging i dag? På Varmepumpekonferansen 2015 ble det gjentatte ganger poengtert at det syndes mye i varmepumpebransjen, både når det gjelder prosjektering, installering og drift. Det ble bemerket at markedet på begynnelsen av 2000 tallet var preget av useriøse aktører som solgte dårlig utførte varmepumpeanlegg og ga kunder urealistiske forventninger til energisparing. Teknisk Ukeblad skriver i 2014 om hvordan ingeniører som prosjekterer varmeanlegg har for dårlig systemforståelse, noe som fører til dårlig fungerende anlegg (Seehusen, 2014). Ut i fra dette kommer det frem at varmpumpebransjen står foran en utfordring i forhold til å snu denne negative trenden med mangelfulle anlegg. Det anses derfor som lite sannsynlig at komplekse oppvarmingssystemer, av lignende type som i Miljøhuset GK, på nåværende tidspunkt vil kunne implementeres i stor skala med samme resultat. I 2030 er det forventet at nivået på HFK skal ned til 21 % av dagens nivå, og en knapphet på kuldemedier med høy GWP fra 2018, før forbudet trår i kraft (VKE, Nye kuldemedier og 66 revidert f-gass forordning, 2015). Konsekvensen av disse prognosene er at et anlegg med en antatt levetid på 15 år eller mer, bør være fylt opp med et kuldemedium som har GWP mindre enn 400. Dette for å unngå problemer som kan oppstå dersom kuldemediet må byttes i løpet av anleggets levetid. Selv om det HFK-kuldemedier er det foretrukne i dag, vil det være naturlig å legge framtidsutsiktene til grunn ved store investeringer i varmepumper og derfor velge naturlige arbeidsmedier. Utfordringen ligger derfor i å omstille kompetansen fra «sikre» HFKkuldemedier til miljøvennlige alternativer. I forslaget til ny teknisk forskrift fra Kommunal og moderniseringsdepartementet foreslås det å endre kravet til fornybarandel i energiforsyningen. Kravet om bruk av fossil energi vil skjerpes, mens det ikke vil være noen begrensninger for bruk av direktevirkende elektrisitet til oppvarming (Direktoratet for byggkvalitet, Høring: Nye energikrav til bygg, 2015). Flere aktører i bransjen mener dette vil svekke varmepumpens stilling i markedet da det blir lovlig å installere el-kjel som grunnlast i energiforsyningssystem. Ettersom elektrisiteten som produseres i Norge nesten utelukkende kommer fra fornybare kilder (vannkraftverk), kan det argumenteres for at det er riktig å åpne for å benytte direktevirkende elektrisitet til oppvarming også av grunnlast, da dette vesentlig kan redusere installasjonskostnadene for et varmeanlegg. Motargumentet blir da at Norge er del av et internasjonalt strømmarked, og at hver kilowattime som ikke benyttes i Norge kan eksporteres til Europa og dermed bidra til reduserte utslipp fra kullkraftverk. Videre foreslås det krav til installering av fleksibelt energiforsyningssystem, og i praksis vil dette bety installering av vannbårent varmeanlegg. På denne måten vil det legges til rette for installering av luft/vann varmepumpe. Partene i klimaforliket fra 2012 gikk inn for forbud mot fyring med fossil olje i husholdninger og til grunnlast i øvrige bygg i 2020. Selv om forbudet ennå ikke er vedtatt og det ikke er foreslått et forbud mot fossil olje som spisslast, er det ingen tvil om trenden i samfunnet går mot utfasing av fossilt brennstoff. Energimerkeordningen er et effektivt insentiv til å bygge energieffektivt. I dagens samfunn er det å være miljøbevisst forbundet med status og utbyggere som oppnår gode energikarakterer i sine bygg bruker dette aktivt i sin markedsføring og imagebygging. For leietaker gir energimerket god informasjon om fremtidige driftskostnader. For å oppnå en god energiattest kreves det både lavt energiforbruk og lav andel direktevirkende elektrisitet. Ved å installere en varmepumpe kan dette realiseres. Varmepumpen ansees derfor som en av den nære fremtidens mest hensiktsmessige oppvarmingskilder ettersom den reduserer behovet for fossilt brensel og bidrar til sparing av høyverdig elektrisk energi. 67 10 Konklusjon Luft/vann varmepumpe gir best dekningsgrad og årsvarmefaktor i områder med jevn utetemperatur og milde vintre slik som i Bergen, men det er også i dette klimaet at avriming vil føre til høyest reduksjon i effektleveranse. Det er derfor ekstra viktig i mildt klima å installere varmepumpe med effektive avrimingsløsninger. Ved lavt effektbehov (mildt klima og passivhusstandard) utgjør energibehov til tappevann en stor andel av det totale energibehovet til oppvarming og burde derfor dekkes av en fornybar kilde for å oppfylle fornybarkravet i TEK 10. I kaldt klima, slik om i Røros, er det mulig, men ikke hensiktsmessig å benytte en luft/vann varmepumpe. Det anbefales heller bruk av væske/vann varmepumpe som vil gi høyere energidekningsgrad, arbeide under bedre driftsforhold og dermed få bedre årsvarmefaktor. I passivhus hvor energibehovet er lavt vil det være hensiktsmessig å utforme et forenklet varmeanlegg, med lavere installasjonskostnad enn et tradisjonelt radiatoranlegg. Miljøhuset GK er et godt eksempel på et velfungerende forenklet varmepumpeanlegg, men det stilles spørsmål ved om kompetansen i varmepumpebransjen i dag er god nok til at dette kan adapteres i bygg uten samme oppfølging. Hovedargumentet for installering av varmepumper er at strømsparingen skal kunne betale inn investeringskostnaden i løpet av anleggets levetid. Det foreslåes derfor videre kostnadsanalyser basert på aktuell og forventet strømpris for å beregne innsparingspotensial ved valg av størrelse på luft/vann varmepumpe. 68 Kilder Direktoratet for byggkvalitet. (2015, Mai 10). Byggteknisk forskrift med veiledning (TEK 10). Hentet fra dibk.no: http://dibk.no/no/BYGGEREGLER/Gjeldendebyggeregler/Veiledning-om-tekniske-krav-tilbyggverk/?dxp=/dxp/content/tekniskekrav/14/7/ Direktoratet for byggkvalitet. (2015, Februar 16). Høring: Nye energikrav til bygg. Hentet fra Direktoratet for byggkvalitet: http://www.dibk.no/globalassets/aktuellehoringer/160215_nye-energikrav-til-bygg/160215_horingsbrev.pdf Energimerking.no. (2015, April 15). Karakterskalaen. Hentet fra Energimerking.no: http://www.energimerking.no/no/Energimerking-Bygg/Om-energimerkesystemetog-regelverket/Energimerkeskalaen/ Enova. (2015, April 15). 3. Eksterne variabler som påvirker energibruken. Hentet fra Enova: http://www.enova.no/innsikt/rapporter/byggstatistikk-2011/3-eksterne-variablersom-pavirker-energibruken/3-eksterne-variabler-som-pavirkerenergibruken/485/1229/ Harstveit, K. E., & Dannevig, P. (2015, April 15). Klima i Norge. Hentet fra Store Norske Leksikon: https://snl.no/Klima_i_Norge Jakobsen, A., & Stene, J. (2003). Luft/luft-varmepumper. Kommunal- og moderniseringsdepartementet. (2015, April 15). Forskrift om tekniske krav til byggverk (Byggteknisk forskrift). Hentet fra Lovdata: https://lovdata.no/dokument/SF/forskrift/2010-03-26-489 Naturvernforbundet. (2015, Mai 13). Bioolje. Hentet fra Naturvernforbundet: http://oljefri.no/bolig/bioolje/category3296.html NOVAP. (2015, Mai 10). Varmepumpeteknologi. Hentet fra novap.no: http://www.novap.no/varmepumpeteknologi NS 3031. (2012). Kriterier for passivhus og lavenergibygninger - Yrkesbygninger. Norsk Standard. NS-EN 12831. (2003). Varmesystemer i bygninger - Metode for beregning av dimensjonerende effektbehov. Norsk Standard. Nydal, R. (2013). Praktisk kuldeteknikk. Skarland Press. Olje- og energidepartementet. (2009). Forskrift om energimerking av bygninger og energivurdering av tekniske anlegg (energimerkeforskriften). Hentet fra Lovdata. Seehusen, H. (2014, 02 04). Norske ingeniører kan for lite om varmepumper. Teknisk Ukeblad. Statistisk sentralbyrå. (2015, Mai 10). Bygningsmassen, 1. januar 2015. Hentet fra http://www.ssb.no/bygningsmasse 69 Stene, J. (2010). Årsvarmefaktor for varmepumpesystemer. Hentet 03 20, 2015 fra Novap: http://www.novap.no/sites/default/files/Arsvarmefaktor.pdf Stene, J. (2015, Mai 10). Oppvarmingssystemer for lavenergiboliger. Hentet fra sintef.no: http://www.sintef.no/globalassets/project/annex32/oppvarmingssystemer_tra6182 _20061.pdf VKE. (2015). Nye kuldemedier og revidert f-gass forordning. Varmepumpekonferansen 2015. Fornebu: Stig Rath. VKE. (2015, Mai 10). Sertifikat for kuldeanlegg og varmepumper gjelder fra nå av. Hentet fra vke.no: http://vke.no/Bibliotek/Nyhetsarkiv/2013/Sertifikat-for-kuldeanlegg-ogvarmepumper-gjelder-fra-na-av/ Wigenstad, T. (2015). Foreløpig teknisk underlagsrapport til NS 3031:2015. Wolleng, T. (1979). VVS-tekniske klimadata for Norge. Oslo: Byggforskningen Håndbok 33. Zijdemans, D. (2014). Vannbaserte oppvarmings- og kjølesystemer. Oslo: Skarland Press. 70 Vedlegg Vedlegg A - Prosjektskisse Vedlegg B - Timeliste Vedlegg C - Fremdriftsplan Vedlegg D - Arealer Molde Tinghus Vedlegg E - Formler til beregning av effektbehov Vedlegg F - Formler for beregning av soltilskudd Vedlegg G - Klimadata benyttet ved manuell metode Vedlegg H - Eksempel på beregning med manuell metode Vedlegg I - Resultater fra alle scenarier beregnet med manuell metode Vedlegg J - Effektvarighet beregnet med tre ulike metoder Vedlegg K - Effektvarighet beregnet med realistisk metode (SIMIEN) Vedlegg L - Effektbehovsfordeling Vedlegg M - Effekt- og temperaturvarighet Vedlegg N - Utdrag fra produktdatablad for varmepumper Vedlegg O - Beregning av årsvarmefaktor Vedlegg P - Psykrometrisk diagram Side 72 Side 73 Side 74 Side 75 Side 76 Side 78 Side 79 Side 82 Side 87 Side 97 Side 100 Side 101 Side 104 Side 106 Side 111 Side 114 71 Vedlegg A - Prosjektskisse Prosjektskisse gruppe 7 Oslo 5. desember 2014 Studenter: Anna Marie Brekke Mari Elise Hareide Oppdragsgiver: Erichsen og Horgen Ekstern veileder: Rune Sjøli Tittel: Effekt- og energidekning ved luft til vann varmepumpesystemer i moderne bygg. Problemstilling: Hvordan fungerer luft til vann-varmepumper ved forskjellig klima, effekt- og energibehov. Mål: 5) Beskrive teori, fordeler og ulemper med luft til vann varmepumper. 6) Detaljert beskrivelse av utarbeidelse av varighetskurver og sammenligning av disse. 7) Utføre effekt- og energiberegninger i Simien ved forskjellig klima og forskriftsstandarder. Benytter Molde Tinghus som eksempelbygg. 8) Vurdere type og størrelse av spisslast i kombinasjon med varmepumpe. 9) Beskrive avansere verktøy til energi- og effektbehov. Ønsker å få delta på kurs i IDA ICE for å få innsikt i et avansert beregningsverktøy og hvilke utfordringer som ligger i bruken av disse. Anna Marie Brekke og Mari Elise Hareide 72 Vedlegg B - Timeliste Tabell 22 Timeliste Uke 49-2014 Uke 2 Uke 3 Uke 4 Uke 5 Uke 6 Uke 7 Uke 8 Uke 9 Uke 10 Uke 11 Uke 12 Uke 13 Uke 14 Uke 15 Uke 16 Uke 17 Uke 18 Uke 19 Uke 20 Uke 21 Uke 22 Sum Anna Marie Mari Elise Timer Timer 7 7 15 15 28 18 Sykdom 17 20 21 33 27 31 31 10 6 21 27 29 29 25 27 25 25 33 32 Påskeferie 34 34 36 32 41 39 Eksamen automasjon 55 55 45 45 30 30 518 517 73 5. des. 8. jan. 1. jan. 1. jan. 4. jan. 9. jan. 8. jan. 30. jan. 4. feb. 16. jan. 16. jan. 2. feb. 23. feb. 7. apr. 10. apr. 20. apr. 4. mai. 11. mai. 20. mai. Innlev ering av prosjektskise Utkast til fremdriftsplan Oppstart Stuktur på oppgav e Innhenting av informasjon Dataprogram Gjøre ferdig innledning Foreløpig utkast 1. milepælsmøte Fremdrift Skriv e teori og metode Uføre energiberegninger Varighetskurv er Foreløpig utkast 2. milepælsmøte Ferdigstilling av teori, metode Diskusjon Konklusjon Ferdigstilling av rapport Try kking 1.3 1.4 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4 4.1 26. mai. 26. mai. rapport Presentasjon 5 6 Innlevering skriftlig 5. des. Møte med Erichsen og 1.2 7. apr. 4. des. Gruppemøte 1.1 1 1 100 % 100 % 100 % 90 % % Complete 5 100 % 1 8 100 % 100 % 1 4 100 % 100 % 7 100 % 1 7 14. jun. 20 26. mai. 26. mai. 0% 0% 0% 22. mai. 12 100 % 10. mai. 10. mai. 21 100 % 26. apr. 20 100 % 10. apr. 10. apr. 23. apr. 60 100 % 2. apr. 60 100 % 16. mar. 60 100 % 10. mai. 115 100 % 4. feb. 6. feb. 30. jan. 23 100 % 2. feb. 25 100 % 4. mar. 60 100 % 5. jan. 4. mar. 63 100 % 23. jan. 16 100 % 5. des. 5. des. 1 23. jan. 51 4. des. 4. des. End Start Task Lead Duration (Days) WBS Tasks 1 Forberedelser 1 8 23 25 60 5 63 16 1 1 1 45 14 1 5 10 5 15 14 1 4 44 44 42 0 0 0 12 7 21 20 1 4 60 60 60 81 115 1 6 17 17 43 3 45 12 1 1 1 37 Working Days First Day of Week (Mon=2): Days Complete [42] (vertical red line) 20 1 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 Days Remaining Project Lead: Anna Marie Brekke Start Date: 05.12.2014 fredag 01 - des - 14 Today's Date: 19.05.2015 tirsdag 08 - des - 14 Bachelorprosjekt Vedlegg C - Fremdriftsplan Tabell 23 74 08 - jun - 15 25 - mai - 15 01 - jun - 15 18 - mai - 15 11 - mai - 15 04 - mai - 15 27 - apr - 15 20 - apr - 15 13 - apr - 15 30 - mar - 15 06 - apr - 15 23 - mar - 15 16 - mar - 15 09 - mar - 15 02 - mar - 15 23 - feb - 15 16 - feb - 15 09 - feb - 15 02 - feb - 15 26 - jan - 15 19 - jan - 15 12 - jan - 15 29 - des - 14 05 - jan - 15 22 - des - 14 15 - des - 14 Vedlegg D - Arealer Molde Tinghus Tabell 24 Vest Etasje 1 2 3 4 Totalt Vinduer Bredde Høyde Antall Totalt 0,9 2,4 5 10,8 1,1 2,4 7 18,48 1,3 2,4 7 21,84 3,9 2,4 1 9,36 60,48 Dør Areal Antall 3,2 1 Vinduer Bredde Høyde Antall Totalt 0,9 2,4 5 10,8 1,1 2,4 8 21,12 1,3 2,4 8 24,96 1,5 2,4 8 28,8 85,68 Dør Areal Antall 3,2 1 Totalt Totalt 3,2 3,2 14 18,48 21,84 9,36 63,68 Fasade Areal Bredde Høyde fasade 20,9 4,5 94,05 20,9 4 83,6 20,9 3,7 77,33 20,9 4,8 100,32 355,3 Øst Etasje 1 2 3 4 Totalt Totalt Totalt 3,2 3,2 14 21,12 24,96 28,8 88,88 Fasade Bredde Høyde 22,7 4,5 22,7 4 22,7 3,7 22,7 4,8 Areal fasade 102,15 90,8 83,99 108,96 385,9 Sør Etasje 1 2 3 4 Totalt Vinduer Fasade Areal Bredde Høyde Antall Totalt Bredde Høyde fasade 0,9 2,4 4 8,64 35,5 4,5 159,75 8 3 1 24 0 1,1 2,4 14 36,96 35,5 4 142 1,3 2,4 14 43,68 35,5 3,7 131,35 1,5 2,4 14 50,4 35,5 4,8 170,4 163,68 443,75 Nord Etasje 1 2 3 4 Totalt Vinduer Dør Bredde Høyde Antall Totalt Areal Antall 0,9 2,4 5 10,8 3,2 1 1,1 2,4 5 13,2 1,3 2,4 5 15,6 2,4 2,4 1 5,76 45,36 Totalt 3,2 3,2 14 13,2 15,6 5,76 48,56 Totalt areal vinduer og dør for alle etasjene 364,8 Totalt areal på fasade inkl. vinduer og dører 1773,2 Totalt areal på fasade og dører eksl. Vinduer 1408,4 Totalt areal på vegg/dør Fasade Areal Bredde Høyde fasade 34,6 4,5 155,7 34,6 4 138,4 34,6 3,7 128,02 34,6 4,8 166,08 588,2 15 % av totalt gulvareal, dvs. 2520*15/100 =2142 75 Vedlegg E - Formler til beregning av effektbehov En bygnings effektbehov til oppvarming regnes ut i henhold til NS-EN 12831. Ved å sette opp et varmetapsregnskap og summere alle varmetapspostene. Når effektbehovet er regnet ut kan det dimensjoneres et passende varmeanlegg. Effektbehovet regnes ut i fra formelen: 𝜙 = 𝜙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑗𝑜𝑛 + 𝜙𝑙𝑢𝑓𝑡𝑏å𝑟𝑒𝑛 + 𝜙𝑜𝑝𝑝𝑣𝑎𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑒𝑡 (9) Transmisjonsvarmetap skjer via varmeledning gjennom materialer. Varmetap gjennom en konstruksjon angis ved en varmeoverføringskoeffisient, U-verdi, som angir hvor mye varme som passerer 1 m2/s ved en temperaturforskjell på 1 K på hver side av konstruksjonen. Desto lavere U-verdi, desto bedre isoleringsevne har konstruksjonen. Kuldebroer er deler av konstruksjonen som har høyere varmeledningsevne enn konstruksjonen generelt og oppstår ved etasjeskiller, vinduskarmer og lignende. For å regne ut varmetap fra kuldebroer er det vanlig å bruke en normalisert kuldebroverdi, som gir en gjennomsnittlig verdi av kuldebroene i konstruksjonen. Transmisjonsvarmetap gjennom en konstruksjon regnes ut ved følgende formel: 𝜙𝑡 = ∑ 𝑈𝑛 ⋅ 𝐴𝑛 ⋅ (𝑇𝑟𝑜𝑚 − 𝑇𝑑𝑢𝑡 ) + 𝜓" ⋅ 𝐵𝑅𝐴 ⋅ (𝑇𝑟𝑜𝑚 − 𝑇𝑑𝑢𝑡 ) [𝑊] Un: U-verdi [W/m2K] An: Areal [m2] Trom: Lufttemperatur i rommet [oC] Tdut: Dimensjonerende utetemperatur [oC] 𝜓": Normalisert kuldebroverdi [W/m2K] (10) BRA: Oppvarmet bruksareal [m2] Ventilasjonsvarmetapet er i henhold til NS-EN 12831 den varmen som skal til for å varme tilluften opp til samme temperatur som romluften: 𝜙𝑣 = 0.34 ⋅ 𝑉̇𝑣𝑒𝑛𝑡 ∙ 𝑓𝑉 ∙ (𝑇𝑟𝑜𝑚 − 𝑇𝐷𝑈𝑇 ) [𝑊] (11) 76 𝑓𝑉 = 𝑉̇: 𝑇𝑟𝑜𝑚 − 𝑇𝑡𝑖𝑙𝑙𝑢𝑓𝑡 𝑇𝑟𝑜𝑚 − 𝑇𝐷𝑈𝑇 (12) Gjennomsnittlig luftmengde [m3/h] 𝑓𝑉 : Temperaturreduksjonsfaktor Varmetap ved infiltrasjon skjer via utettheter i konstruksjonen og som følge av over- eller undertrykk bygget i forhold til atmosfæretrykket. Infiltrasjonstapet regns så ut ved formelen: 𝑉̇𝑖𝑛𝑓,𝑖 = 2 ∙ 𝑉𝑖 ∙ 𝑛50 ∙ 𝑒𝑖 ∙ 𝜀𝑖 [𝑊] V: (13) Oppvarmet volum [m3] n50: Lekkasjetall ved 50 Pa trykkdifferanse [h-1] e: Skjermingskoeffisient. Finnes i tabell D.8 i NS 12831 𝜀: Korreksjonsfaktor for høyde. Finnes i tabell D.9 i NS 12831 Varmegjenvinner i aggregat gjenvinner en del av varmen i avkastlufta. Det resterende effektbehovet for å varme utelufta opp til valgt tilluftstemperatur ved formel 7: Figur 53: Varmegjenvinner i ventilasjonsanlegg 𝜙𝑣 = 0.34 ⋅ 𝑉̇𝑣𝑒𝑛𝑡 ∙ (𝑇𝑡𝑖𝑙𝑙𝑢𝑓𝑡 − 𝑇2 ) [𝑊] (14) Hvor T2 er temperatur etter varmegjenvinner og finnes ved formelen: 𝑇2 = 𝑇1 + 𝜂(𝑇3 − 𝑇1 ) [𝑊] (15) 77 Vedlegg F - Formler for beregning av soltilskudd 78 Vedlegg G - Klimadata benyttet ved manuell metode Tabell 25 79 Tabell 26 80 Tabell 27 81 Vedlegg H - Eksempel på beregning med manuell metode Viser fremgangsmåte for dimensjonering av varmepumpe ved manuell metode. Her vises eksempel for et kontorbygg med passivhusstandard i Oslo-klima. Fremgangsmåten kan benyttes for andre bygningstyper, forskriftstandarder og klima ved å utføre effektberegninger ved ønsket temperaturforhold og med andre tekniske spesifikasjoner. Internlast for andre bygningskategorier kan finnes ved å hente ut verdier i riktig kategori i de samme tabellene som oppgitt i fremgangsmåten. Benytter Excel-ark til å lage tabeller for varmetapsregnskap, effektbehovsberegning og varighet. Formler er skrevet direkte inn i Excel-arket slik at resultatet endrer seg automatisk ved endring av inndata (som U-verdier, arealer og temperaturer). Diagrammer er konstruert ut i fra beregnede resultater. Setter først opp et varmetapsregnskap og beregner varmetap ved DUT-temperatur, som vist i tabell: Tabell 28 Varmetapsberegning Yttervegg Tak Gulv mot uoppvarmet kjeller Vindu/dør Normalisert kuldebroverdi Ventilasjon Infiltrasjon Varmetapskoeffisient Areal [m²] 1408 630 630 364,8 2520 Luftmengde [m³/h] 21236 Oppvarmet volum [m³] 6552 [W/m²K] U-verdi [W/m²K] 0,12 0,09 0,08 0,80 0,03 Temperaturreduksjonsfaktor 0,05 Varmetap [W/K] 168,98 56,70 19,67 291,84 75,60 352,21 Lekkasjetall [h-1 ] 0,60 80,20 0,41 82 Beregner deretter effektbehov til romoppvarming og varmebatteri, samt effekttilskudd fra internlast: Tabell 29 Effektbehovsberegning Romoppvarming Varmebatteri Internlast Gulvareal [m²] 2520 DUTtemperatur H" [W/m²K] Innetemperatur o o [ C] 0,41 [ C] -20,0 Effektbehov [W] 21 42853 Tilluftsmengde Efefktbehov Virkningsgrad TilluftsΔT over [m³/h] varmegjenvinner temperatur varmebatteri [W] 21236 0,85 19,0 4,15 29964 Internlast i driftstiden Døgnmidlet internlast Effekttilskudd 2 2 [W] [W/m ] [W/m ] Belysning 4 2 10080 Utstyr 6 3 15120 Personer 4 2 10080 Sum 14 7 17640 Brutto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann Netto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann 72817 55177 Soltilskuddet beregnes ut ifra vindusareal, himmelretning og solskjermingsfaktor: Beregnes etter SOLVOR som beskrevet Vedlegg F. Tabell 30 Beregning av soltilskudd - Oslo Passivhus Utetemperatur o [ C] -20 -17 -12,8 -10,4 -8,8 -7,8 -6,2 -4,8 -3,6 -2,6 -0,9 0,7 3 3,8 7,6 11,3 14,5 16,2 18 19 21 Sør Avskjerming Avindu Soltilskudd s- faktor [W] [m 2 ] 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 851 0,10 130,9 924 0,10 130,9 1272 0,10 130,9 1611 0,10 130,9 1905 0,10 130,9 2060 0,10 130,9 2225 0,10 130,9 2317 0,10 130,9 2500 Nord Avindu 2 [m ] 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 36,3 Soltilskudd [W] 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 83 166 246 316 353 392 414 457 Øst + Vest Sum Avindu Soltilskudd Soltilskudd [W] [W] [m 2 ] 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 489 1496 116,9 977 2415 116,9 1453 3311 116,9 1865 4085 116,9 2083 4496 116,9 2315 4932 116,9 2443 5174 116,9 2700 5658 83 Setter deretter opp en tabell som beregner verdier for effektbehov, soltilskudd ved gitte temperaturer: Tabell 31 Utetemperatur [oC] -20 -17 -12,8 -10,4 -8,8 -7,8 -6,2 -4,8 -3,6 -2,6 -0,9 0,7 3 3,8 7,6 11,3 14,5 16,2 18 19 21 Brutto effektbehov [W] 72817 67489 60030 55767 52926 51150 48308 45821 43690 41914 38895 36053 31968 30548 23799 17227 11544 8525 5328 3552 0 Brutto effektbehov Soltilskudd Netto Varighet minus internlast effektbehov [W] [W] [W] [Dager] 55177 1302 53875 0 49849 1302 48547 1 42390 1302 41088 5 38127 1302 36825 10 35286 1302 33984 15 33510 1302 32208 20 30668 1302 29366 30 28181 1302 26879 40 26050 1302 24748 50 24274 1302 22972 60 21255 1302 19953 80 18413 1302 17111 100 14328 1302 13026 12908 1496 11412 150 6159 2415 3744 200 -413 3311 -3723 250 -6096 4085 -10181 300 -9115 4496 -13611 320 -12312 4932 -17244 340 -14088 5174 -19262 350 -17640 5658 -23298 365 Alle datapunkter bestemt ut i fra fra tabell over temperaturvarighet ved forskjellige soner fra vedlegg … I tillegg er det i alle klimasoner tatt med punkt ved 3 grader, ettersom det er her soltilskuddet endrer seg fra å være konstant til å bli temperaturavhengig, samt punkt ved dimensjonerende utetemperatur og utetemperatur på 21 grader (her er effektbehovet til oppvarming lik null). Topunktsformelen er benyttet for å finne likningen for den rette linjen mellom effektbehov ved DUT- temperatur og effektbehov når utetemperaturen er lik innetemperaturen (ved 21 grader.) Likningen forteller hvordan brutto effektbehov endrer seg som funksjon av utetemperaturen: 𝑃𝑏𝑟𝑢𝑡𝑡𝑜 = 𝑃𝑏𝑟𝑢𝑡𝑡𝑜 : ̇ 𝑇𝑖𝑛𝑛𝑒=𝑢𝑡𝑒 : 𝑇𝐷𝑈𝑇 : 𝑃𝐷𝑈𝑇 : 𝑃𝑖𝑛𝑛𝑒=𝑢𝑡𝑒 : 𝑃𝑖𝑛𝑛𝑒=𝑢𝑡𝑒 − 𝑃𝐷𝑈𝑇 ∙ (𝑇𝑢𝑡𝑒 − 𝑇𝐷𝑈𝑇 ) + 𝑃𝐷𝑈𝑇 𝑇𝑖𝑛𝑛𝑒=𝑢𝑡𝑒 − 𝑇𝐷𝑈𝑇 (16) Brutto effekt til oppvarming [kW] Temperatur hvor inne- og utetemperatur er lik Dimensjonerende utetemperatur Brutto effekt til oppvarming ved dimensjonerende utetemperatur [kW] Brutto effekt til oppvarming når utetemperatur = innetemperatur. Settes til null Ved å benytte punktene i tabell (…) kan deretter effektbalansediagram, varighetskurve for uteluften og netto effektvarighetskurve tegnes: 84 Plotter først punktene for brutto effektbehov, brutto effektbehov minus internlast og soltilskudd i et diagram. Legger deretter til linjer mellom punktene og får et avgrenset areal mellom punktene som tilsvarer netto energibehov til oppvarming: Effektbalanse-diagram Oslo - Passivhus Figur 54 Figur 55 85 Figur 56 Lager graf for netto effektvarighet ved å sette verdier for varighet på x-aksen og netto effektbehov på y-aksen: Figur 57 86 Vedlegg I - Resultater fra alle scenarier beregnet med manuell metode Bergen – Passivhus Tabell 32 Varmetapsberegning Yttervegg Tak Gulv mot uoppvarmet kjeller Vindu/dør Normalisert kuldebroverdi Areal [m²] 1408 630 630 364,8 2520 Luftmengde [m³/h] 21236 Oppvarmet volum [m³] 6552 Ventilasjon Infiltrasjon Varmetapskoeffisient U-verdi [W/m²K] 0,12 0,09 0,08 0,80 0,03 Temperaturreduksjonsfaktor 0,06 Varmetap [W/K] 168,98 56,70 19,67 291,84 75,60 465,82 Lekkasjetall [h-1 ] 0,60 [W/m²K] 80,20 0,46 Tabell 33 Effektbehovsberegning Romoppvarming Varmebatteri Internlast Gulvareal [m²] 2520 H" [W/m²K] DUTtemperatur [oC] 0,46 -10,0 Innetemperatur Effektbehov [W] [oC] 21 35923 Tilluftsmengde Virkningsgrad TilluftsΔT over Efefktbehov varmegjenvinner temperatur varmebatteri [W] [m³/h] 21236 0,85 19,0 2,65 19134 Internlast i driftstiden Døgnmidlet internlast Effekttilskudd [W] [W/m 2 ] [W/m 2 ] Belysning 4 2 10080 Utstyr 6 3 15120 Personer 4 2 10080 Sum 14 7 17640 Brutto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann Netto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann 55057 37417 87 Tabell 34 Beregning av soltilskudd - Bergen Passivhus Utetemperatur [oC] -12 -7,0 -2,2 -1,1 -0,5 0 0,8 1,4 2 2,6 3 3,5 4,3 6,5 8,8 11 13,3 14,3 15,2 16,2 19 21 Avskjermingsfaktor 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 Sør Nord Øst + Vest Sum Avindu Soltilskudd Avindu Soltilskudd Avindu Soltilskudd Soltilskudd [W] [W] [W] [W] [m 2 ] [m 2 ] [m 2 ] 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 851 36,3 65 116,9 386 1302 130,9 897 36,3 76 116,9 450 1423 130,9 970 36,3 94 116,9 553 1617 130,9 1172 36,3 142 116,9 836 2149 130,9 1382 36,3 192 116,9 1132 2706 130,9 1584 36,3 240 116,9 1414 3238 130,9 1795 36,3 290 116,9 1710 3795 130,9 1886 36,3 311 116,9 1839 4037 130,9 1969 36,3 331 116,9 1955 4254 130,9 2060 36,3 353 116,9 2083 4496 130,9 2317 36,3 414 116,9 2443 5174 130,9 2500 36,3 457 116,9 2700 5658 Tabell 35 Utetemperatur [oC] -10 -7 -2,2 -1,1 -0,5 0 0,8 1,4 2 2,6 3 3,5 4,3 6,5 8,8 11 13,3 14,3 15,2 16,2 19 21 Brutto effektbehov [W] 55057 49729 41204 39250 38185 37297 35876 34810 33744 32679 31968 31080 29660 25752 21668 17760 13675 11899 10301 8525 3552 0 Brutto effektbehov minus internlast [W] 37417 32089 23564 21610 20545 19657 18236 17170 16104 15039 14328 13440 12020 8112 4028 120 -3965 -5741 -7339 -9115 -14088 -17640 Soltilskudd [W] 1302 1302 1302 1302 1302 1302 1302 1302 1302 1302 1302 1423 1617 2149 2706 3238 3795 4037 4254 4496 5174 5658 Netto Varighet effektbehov [W] [Dager] 36115 0 30787 1 22262 5 20308 10 19243 15 18355 20 16934 30 15868 40 14803 50 13737 60 13026 12017 80 10403 100 5963 150 1322 200 -3118 250 -7759 300 -9777 320 -11593 340 -13611 350 -19262 365 -23298 365 88 Røros – Passivhus Tabell 36 Varmetapsberegning Yttervegg Tak Gulv mot uoppvarmet kjeller Vindu/dør Normalisert kuldebroverdi Ventilasjon Infiltrasjon Varmetapskoeffisient Areal [m²] 1408 630 630 364,8 2520 Luftmengde [m³/h] 21236 Oppvarmet volum [m³] 6552 U-verdi [W/m²K] 0,12 0,09 0,08 0,80 0,03 Temperaturreduksjonsfaktor 0,03 Varmetap [W/K] 168,98 56,70 19,67 291,84 75,60 236,73 Lekkasjetall [h-1 ] 0,60 [W/m²K] 80,20 0,37 Tabell 37 Effektbehovsberegning Romoppvarming Varmebatteri Internlast Gulvareal [m²] 2520 DUTH" temperatur [W/m²K] [oC] 0,37 -40,0 Innetemperatur Effektbehov [W] [oC] 21 56713 Tilluftsmengde Virkningsgrad TilluftsΔT over Efefktbehov varmegjenvinner temperatur varmebatteri [W] [m³/h] 21236 0,85 19,0 7,15 51625 Internlast i driftstiden Døgnmidlet internlast Effekttilskudd [W] [W/m 2 ] [W/m 2 ] Belysning 4 2 10080 Utstyr 6 3 15120 Personer 4 2 10080 Sum 14 7 17640 Brutto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann Netto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann 108338 90698 89 Tabell 38 Beregning av soltilskudd - Røros Passivhus Utetemperatur o [ C] -40,0 -33 -28 -24,2 -21,2 -19,2 -16,2 -13,9 -12 -10,4 -7,9 -5,6 -1,2 2,8 3 6,6 10,1 11,8 13,8 15 18,18 20 Sør Nord AvskjermingsAvindu Soltilskudd Avindu Soltilskudd faktor [W] [W] [m 2 ] [m 2 ] 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 851 36,3 65 0,10 130,9 1181 36,3 144 0,10 130,9 1501 36,3 220 0,10 130,9 1657 36,3 257 0,10 130,9 1840 36,3 301 0,10 130,9 1950 36,3 327 0,10 130,9 2242 36,3 396 0,10 130,9 2409 36,3 436 Tabell 39 Utetemperatur [oC] -40 -33 -28 -24,2 -21,2 -19,2 -16,2 -13,9 -12 -10,4 -7,9 -5,6 -1,2 2,8 3 6,6 10,1 11,8 13,8 15 18,18 20 Brutto effektbehov [W] 108338 95905 87025 80276 74948 71396 66068 61983 58609 55767 51327 47242 39428 32324 31968 25575 19359 16339 12787 10656 5008 1776 Øst + Vest Sum Avindu Soltilskudd Soltilskudd [W] [W] [m 2 ] 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 386 1302 116,9 849 2173 116,9 1299 3020 116,9 1517 3432 116,9 1775 3916 116,9 1929 4206 116,9 2338 4976 116,9 2572 5416 Brutto effektbehov Soltilskudd minus internlast [W] [W] 90698 1302 78265 1302 69385 1302 62636 1302 57308 1302 53756 1302 48428 1302 44343 1302 40969 1302 38127 1302 33687 1302 29602 1302 21788 1302 14684 1302 14328 1302 7935 2173 1719 3020 -1301 3432 -4853 3916 -6984 4206 -12632 4976 -15864 5416 Netto Varighet effektbehov [W] [Dager] 90047 0 76963 0 68083 5 61334 10 56006 15 52454 20 47126 30 43041 40 39667 50 36825 60 32385 80 28300 100 20486 150 13382 200 13026 5762 250 -1301 300 -4732 320 -8768 340 -11190 350 -17607 365 -21280 365 90 Oslo – TEK 10 Tabell 40 Varmetapsberegning Yttervegg Tak Gulv mot uoppvarmet kjeller Vindu/dør Normalisert kuldebroverdi Ventilasjon Infiltrasjon Varmetapskoeffisient Areal [m²] 1408 630 630 364,8 2520 Luftmengde [m³/h] 21236 Oppvarmet volum [m³] 6552 U-verdi [W/m²K] 0,18 0,13 0,15 1,60 0,06 Temperaturreduksjonsfaktor 0,05 Varmetap [W/K] 253,48 81,90 36,88 583,68 151,20 352,21 Lekkasjetall [h-1 ] 1,50 [W/m²K] 200,49 0,66 Tabell 41 Effektbehovsberegning Romoppvarming Varmebatteri Internlast Gulvareal [m²] 2520 H" [W/m²K] 0,66 Tilluftsmengde Virkningsgrad varmegjenvinner [m³/h] 21236 0,80 Internlast i driftstiden [W/m 2 ] Belysning 8 Utstyr 11 Personer 4 Sum 23 Brutto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann Netto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann DUTtemperatur [oC] -20,0 Innetemperatur Effektbehov [W] [oC] 21 68053 TilluftsΔT over Efefktbehov temperatur varmebatteri [W] 19,0 6,20 44765 Døgnmidlet internlast Effekttilskudd [W] [W/m 2 ] 4 20160 5,5 27720 2 10080 11,5 28980 112819 83839 91 Tabell 42 Beregning av soltilskudd - Oslo TEK 10 Utetemperatur [oC] -20 -17 -12,8 -10,4 -8,8 -7,8 -6,2 -4,8 -3,6 -2,6 -0,9 0,7 3 3,8 7,6 11,3 14,5 16,2 18 19 21 Sør Avskjerming Avindu Soltilskudd s- faktor [W] [m 2 ] 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1276 0,15 130,9 1386 0,15 130,9 1909 0,15 130,9 2417 0,15 130,9 2857 0,15 130,9 3091 0,15 130,9 3338 0,15 130,9 3475 0,15 130,9 3750 Tabell 43 Utetemperatur [oC] -20 -17 -12,8 -10,4 -8,8 -7,8 -6,2 -4,8 -3,6 -2,6 -0,9 0,7 3 3,8 7,6 11,3 14,5 16,2 18 19 21 Brutto effektbehov [W] 112819 104564 93007 86403 82000 79248 74846 70993 67691 64939 60262 55859 49530 47329 36872 26691 17886 13208 8255 5503 0 Nord Avindu Soltilskudd [W] [m 2 ] 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 98 36,3 124 36,3 248 36,3 369 36,3 474 36,3 529 36,3 588 36,3 621 36,3 686 Øst + Vest Sum Soltilskudd Soltilskudd Avindu [W] [W] [m 2 ] 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 733 2243 116,9 1466 3623 116,9 2180 4966 116,9 2797 6127 116,9 3125 6745 116,9 3472 7398 116,9 3665 7761 116,9 4051 8487 Brutto effektbehov Soltilskudd minus internlast [W] [W] 83839 1953 75584 1953 64027 1953 57423 1953 53020 1953 50268 1953 45866 1953 42013 1953 38711 1953 35959 1953 31282 1953 26879 1953 20550 1953 18349 2243 7892 3623 -2289 4966 -11094 6127 -15772 6745 -20725 7398 -23477 7761 -28980 8487 Netto Varighet effektbehov [W] [Dager] 81886 0 73631 1 62074 5 55470 10 51067 15 48315 20 43913 30 40060 40 36758 50 34007 60 29329 80 24926 100 18597 16105 150 4270 200 -7255 250 -17222 300 -22517 320 -28123 340 -31238 350 -37467 365 92 Bergen – TEK 10 Tabell 44 Varmetapsberegning Yttervegg Tak Gulv mot uoppvarmet kjeller Vindu/dør Normalisert kuldebroverdi Ventilasjon Infiltrasjon Varmetapskoeffisient Areal [m²] 1408 630 630 364,8 2520 Luftmengde [m³/h] 21236 Oppvarmet volum [m³] 6552 U-verdi [W/m²K] 0,18 0,13 0,15 1,60 0,06 Temperaturreduksjonsfaktor 0,06 Varmetap [W/K] 253,48 81,90 36,88 583,68 151,20 465,82 Lekkasjetall [h-1 ] 1,50 [W/m²K] 200,49 0,70 Tabell 45 Effektbehovsberegning Romoppvarming Varmebatteri Internlast Gulvareal [m²] 2520 H" [W/m²K] 0,70 Tilluftsmengde Virkningsgrad varmegjenvinner [m³/h] 21236 0,80 Internlast i driftstiden [W/m 2 ] Belysning 8 Utstyr 11 Personer 4 Sum 23 Brutto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann Netto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann DUTtemperatur [oC] -10,0 Innetemperatur Effektbehov [W] [oC] 21 54977 TilluftsΔT over Efefktbehov temperatur varmebatteri [W] 19,0 4,20 30325 Døgnmidlet internlast Effekttilskudd [W] [W/m 2 ] 4 20160 5,5 27720 2 10080 11,5 28980 85302 56322 93 Tabell 46 Beregning av soltilskudd - Bergen TEK 10 Utetemperatur [oC] -12 -7,0 -2,2 -1,1 -0,5 0 0,8 1,4 2 2,6 3 3,5 4,3 6,5 8,8 11 13,3 14,3 15,2 16,2 19 21 Tabell 47 Utetemperatur [oC] -10 -7 -2,2 -1,1 -0,5 0 0,8 1,4 2 2,6 3 3,5 4,3 6,5 8,8 11 13,3 14,3 15,2 16,2 19 21 Sør Nord AvskjermingsSoltilskudd Avindu Avindu Soltilskudd faktor 2 [W] [W] [m ] [m 2 ] 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1345 36,3 114 0,15 130,9 1455 36,3 140 0,15 130,9 1757 36,3 212 0,15 130,9 2073 36,3 287 0,15 130,9 2376 36,3 359 0,15 130,9 2692 36,3 435 0,15 130,9 2829 36,3 467 0,15 130,9 2953 36,3 497 0,15 130,9 3091 36,3 529 0,15 130,9 3475 36,3 621 0,15 130,9 3750 36,3 686 Brutto effektbehov [W] 85302 77047 63839 60812 59161 57785 55584 53933 52282 50631 49530 48154 45953 39899 33570 27517 21188 18436 15960 13208 5503 0 Øst + Vest Sum Soltilskudd Soltilskudd Avindu [W] [W] [m 2 ] 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 675 2134 116,9 829 2425 116,9 1254 3223 116,9 1697 4058 116,9 2122 4857 116,9 2565 5692 116,9 2758 6055 116,9 2932 6382 116,9 3125 6745 116,9 3665 7761 116,9 4051 8487 Brutto effektbehov Soltilskudd minus internlast [W] [W] 56322 1302 48067 1302 34859 1302 31832 1302 30181 1302 28805 1302 26604 1302 24953 1302 23302 1302 21651 1302 20550 1302 19174 1423 16973 1617 10919 2149 4590 2706 -1463 3238 -7792 3795 -10544 4037 -13020 4254 -15772 4496 -23477 5174 -28980 5658 Netto Varighet effektbehov [W] [Dager] 55671 0 46765 1 33557 5 30530 10 28879 15 27503 20 25302 30 23651 40 22000 50 20349 60 19248 17751 80 15356 100 8770 150 1885 200 -4701 250 -11587 300 -14580 320 -17275 340 -20268 350 -28651 365 -34638 365 94 Røros – TEK 10 Tabell 48 Varmetapsberegning Yttervegg Tak Gulv mot uoppvarmet kjeller Vindu/dør Normalisert kuldebroverdi Ventilasjon Infiltrasjon Varmetapskoeffisient Areal [m²] 1408 630 630 364,8 2520 Luftmengde [m³/h] 21236 Oppvarmet volum [m³] 6552 U-verdi [W/m²K] 0,18 0,13 0,15 1,60 0,06 Temperaturreduksjonsfaktor 0,03 Varmetap [W/K] 253,48 81,90 36,88 583,68 151,20 236,73 Lekkasjetall [h-1 ] 1,50 [W/m²K] 200,49 0,61 Tabell 49 Effektbehovsberegning Romoppvarming Varmebatteri Internlast H" [W/m²K] 0,61 DUTInnetemperatur temperatur Effektbehov o [W] [ C] [oC] -40,0 21 94206 Tilluftsmengde Virkningsgrad varmegjenvinner [m³/h] 21236 0,80 Internlast i driftstiden [W/m 2 ] Belysning 8 Utstyr 11 Personer 4 Sum 23 TilluftsΔT over Efefktbehov temperatur varmebatteri [W] 19,0 10,20 73646 Døgnmidlet internlast Effekttilskudd [W] [W/m 2 ] 4 20160 5,5 27720 2 10080 11,5 28980 Gulvareal [m²] 2520 Brutto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann Netto effekt til oppvarming eksklusiv tappevann 167852 138872 95 Tabell 50 Beregning av soltilskudd - Røros TEK 10 Utetemperatur [oC] -40,0 -33 -28 -24,2 -21,2 -19,2 -16,2 -13,9 -12 -10,4 -7,9 -5,6 -1,2 2,8 3 6,6 10,1 11,8 13,8 15 18,18 20 Sør Nord AvskjermingsSoltilskudd Avindu Avindu Soltilskudd faktor 2 [W] [W] [m ] [m 2 ] 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1276 36,3 98 0,15 130,9 1771 36,3 216 0,15 130,9 2252 36,3 330 0,15 130,9 2486 36,3 386 0,15 130,9 2761 36,3 451 0,15 130,9 2926 36,3 490 0,15 130,9 3363 36,3 594 0,15 130,9 3613 36,3 653 Tabell 51 Utetemperatur [oC] -40 -33 -28 -24,2 -21,2 -19,2 -16,2 -13,9 -12 -10,4 -7,9 -5,6 -1,2 2,8 3 6,6 10,1 11,8 13,8 15 18,18 20 Brutto effektbehov [W] 167852 148590 134832 124376 116121 110617 102362 96033 90805 86403 79523 73195 61087 50080 49530 39624 29993 25315 19812 16510 7760 2752 Øst + Vest Sum Soltilskudd Soltilskudd Avindu [W] [W] [m 2 ] 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 579 1953 116,9 1273 3260 116,9 1948 4530 116,9 2276 5147 116,9 2662 5873 116,9 2893 6309 116,9 3507 7463 116,9 3858 8124 Brutto effektbehov Soltilskudd minus internlast [W] [W] 138872 1953 119610 1953 105852 1953 95396 1953 87141 1953 81637 1953 73382 1953 67053 1953 61825 1953 57423 1953 50543 1953 44215 1953 32107 1953 21100 1953 20550 1953 10644 3260 1013 4530 -3665 5147 -9168 5873 -12470 6309 -21220 7463 -26228 8124 Netto Varighet effektbehov [W] [Dager] 136919 0 117657 0 103899 5 93443 10 85188 15 79684 20 71429 30 65100 40 59872 50 55470 60 48590 80 42262 100 30154 150 19148 200 18597 7384 250 -3517 300 -8812 320 -15041 340 -18779 350 -28684 365 -34352 365 96 Vedlegg J - Effektvarighet beregnet med tre ulike metoder Effektvarighet med de 3 beregningsmetodene ved begge forskriftsstandardene og klimastedene. TEK 1O Figur 58 Figur 59 97 Figur 60 Passivhusstandard Figur 61 98 Figur 62 Figur 63 99 Vedlegg K - Effektvarighet beregnet med realistisk metode (SIMIEN) TEK 10 vs. Passivhus Figur 64 Figur 65 100 Figur 66 Vedlegg L - Effektbehovsfordeling TEK 10 Figur 67 101 Figur 68 Figur 69 Passivhus 102 Figur 70 Figur 71 103 Figur 72 Vedlegg M - Effekt- og temperaturvarighet Figur 73 104 Figur 74 Figur 75 105 Vedlegg N - Utdrag fra produktdatablad for varmepumper Clivet ElfoEnergy Vulcan Tabell 52 Tabell 53 106 Tabell 54 Tabell 55 Størrelse 82 Lufttemperatur Varmeeffekt Tilført effekt [W] [kW] -15 0 -15 16600 6430 -10 19300 6600 -7 20700 6700 -5 22200 6810 2 26000 7090 7 29100 7320 10 30400 7420 122 162 Korriert Korriert Korriert varmeeffekt Varmeeffekt Tilført effekt varmeeffekt Varmeeffekt Tilført effekt varmeeffekt [W] [W] [kW] [W] [W] [kW] [W] 0 0 0 0 0 0 16600 25000 9200 25000 30600 11100 30600 19300 27800 9530 27800 35700 11800 35700 20700 29400 9700 29400 38400 12100 38400 19758 31200 9900 27768 41100 12400 36579 22880 36400 10400 32032 48300 13200 42504 29100 40900 10800 40900 53700 13800 53700 30400 43100 11000 43100 56200 14100 56200 Tabell 56 Størrelse 202 262 302 Korriert Korriert Korriert Lufttemperatur Varmeeffekt Tilført effekt varmeeffekt Varmeeffekt Tilført effekt varmeeffekt Varmeeffekt Tilført effekt varmeeffekt [W] [kW] [W] [W] [kW] [W] [W] [kW] [W] -15 0 0 0 0 0 0 -15 40900 15400 40900 45600 18600 45600 54100 20600 54100 -10 46400 16200 46400 54400 20000 54400 63100 22100 63100 -7 49500 16600 49500 59000 20700 59000 68000 22800 68000 -5 52900 17000 47081 63800 21300 56782 73300 23600 65237 2 62300 18100 54824 76100 22800 66968 87800 25300 77264 7 70200 19000 70200 85700 23700 85700 99600 26600 99600 10 74000 19400 74000 90000 24100 90000 105200 27200 105200 Clivet ElfoEnergy Vulcan Medium 107 Tabell 57 Tabell 58 108 Tabell 59 109 Tabell 60 Størrelse 41 Lufttemperatur Varmeeffekt Tilført effekt [W] [kW] -15 0 -15 7760 3400 -10 9360 3520 -7 10300 3590 -5 11000 3640 2 13300 3840 7 14900 3990 10 15900 4090 61 81 Korriert Korriert Korriert varmeeffekt varmeeffekt varmeeffekt for avriming Varmeeffekt Tilført effekt for avriming Varmeeffekt Tilført effekt for avriming [W] [W] [kW] [W] [W] [kW] [W] 0 0 0 0 0 7760 10900 4440 10900 11700 5910 11700 9360 12600 4550 12600 15500 6170 15500 10300 13700 4640 13700 17700 6340 17700 9790 14400 4710 12816 19100 6460 16999 11704 17200 5050 15136 23500 6910 20680 14900 19300 5370 19300 26300 7270 26300 15900 20700 5590 20700 27800 7500 27800 110 82 2,3 2,6 2,7 2,5 2,8 3,3 3,4 1,00 1,00 1,00 1,00 0,69 0,11 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,96 0,55 0,00 2,26 2,55 2,72 2,51 2,65 1,83 0,00 7259 7451 7564 7688 8005 8264 8377 2,3 2,6 2,7 2,6 2,9 3,5 3,6 1,00 1,00 1,00 1,00 0,90 0,25 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,99 0,77 0,00 2,29 2,59 2,74 2,57 2,83 2,70 0,00 Justering sfaktor Total COP for tilført COP Dellasteffekt fullast forhold dellast dellast [W] 4813 4932 5030 5106 5474 5821 6060 Justering Total sfaktor tilført COP Dellastfor COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 25000 27800 29400 27768 32032 40900 43100 2,3 2,6 2,7 2,6 2,9 3,5 3,6 1,00 1,00 1,00 1,00 0,46 0,07 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,89 0,44 0,00 2,29 2,59 2,74 2,57 2,55 1,55 0,00 9991 10350 10534 10751 11294 11729 11946 2,5 2,7 2,8 2,6 2,8 3,5 3,6 1,00 1,00 1,00 1,00 0,64 0,18 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,95 0,68 0,00 2,50 2,69 2,79 2,58 2,69 2,37 0,00 Justering sfaktor Total COP for tilført COP Dellasteffekt fullast forhold dellast dellast [W] Beregnede verdier 122 7259 7451 7564 7688 8005 8264 8377 Justering Total sfaktor tilført COP Dellastfor COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] Oslo - TEK 10 Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 16600 19300 20700 19758 22880 29100 30400 Beregnede verdier 82 162 VarmeJustering effekt sfaktor Total justert COP for COP Dellasttilført for avriming effekt fullast forhold dellast dellast [W] [W] 0 0 2,49 1,00 1,00 2,5 12266 30600 2,74 1,00 1,00 2,7 13039 35700 2,87 1,00 1,00 2,9 13371 38400 2,67 1,00 1,00 2,7 13702 36579 2,64 0,90 0,49 2,9 14586 42504 2,14 0,61 0,13 3,5 15249 53700 0,00 0,00 0,00 3,6 15581 56200 122 Varmeeffekt Justering justert Total sfaktor for tilført COP Dellastfor COP avriming effekt fullast forhold dellast dellast [W] [W] 0 25000 9991 2,5 1,00 1,00 2,50 27800 10350 2,7 1,00 1,00 2,69 29400 10534 2,8 0,76 0,97 2,70 27768 10751 2,6 0,71 0,96 2,48 32032 11294 2,8 0,33 0,83 2,35 40900 11729 3,5 0,05 0,35 1,23 43100 11946 3,6 0,00 0,00 0,00 Tabell 61 VarmeAndel av Luft- Byggets tempe- effekt- Varighet fyrings- effekt justert sesong for avriming Oslo ratur behov [W] [Timer] [W] 0 91 78752 -15 16600 0,024 91 78752 -15 19300 0,049 291 52372 -10 20700 0,07 605 42158 -7 19758 0,29 955 37464 -5 22880 0,497 3182 20646 2 29100 0,07 4631 7190 7 30400 0 5451 0 10 Luft- Byggets Andel av Varmetempe- effekt- Varighet fyrings- effekt justert ratur behov Oslo sesong for avriming [W] [Timer] [W] -15 50484 91 0 -15 50484 91 0,025 10900 -10 29287 291 0,05 12600 -7 22209 605 0,075 13700 -5 19696 955 0,3 12816 2 10453 3182 0,5 15136 7 2111 4631 0,05 19300 10 0 5451 0 20700 61 Oslo - Pasivhus Vedlegg O - Beregning av årsvarmefaktor Tabell 62 111 Justering Luft- Byggets Andel av Varme-effekt Total sfaktor tempe- effekt- Varighet fyrings- justert for tilført COP Dellastfor COP ratur behov Bergen sesong avriming effekt fullast forhold dellast dellast [W] [Timer] [W] [W] -15 0 0 0 -15 0 0 10900 4813 2,3 0,00 0,00 0,00 -10 0 0 12600 4932 2,6 0,00 0,00 0,00 -7 89351 8 0 13700 5030 2,7 1,00 1,00 2,72 -5 70286 73 0,1 12816 5106 2,5 1,00 1,00 2,51 2 25472 1701 0,55 15136 5474 2,8 1,00 1,00 2,76 7 8105 4185 0,35 19300 5821 3,3 0,42 0,88 2,91 10 0 5696 0 20700 6060 3,4 0,00 0,00 0,00 61 Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 10900 12600 13700 12816 15136 19300 20700 Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 16600 19300 20700 19758 22880 29100 30400 Beregnede verdier 61 2,3 2,6 2,7 2,5 2,8 3,3 3,4 0,00 0,00 1,00 1,00 0,86 0,13 0,00 0,00 0,00 1,00 1,00 0,98 0,61 0,00 0,00 0,00 2,72 2,51 2,72 2,01 0,00 7259 7451 7564 7688 8005 8264 8377 2,3 2,6 2,7 2,6 2,9 3,5 3,6 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 0,28 0,00 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 0,79 0,00 0,00 0,00 2,74 2,57 2,86 2,80 0,00 Justering Total sfaktor tilført COP Dellastfor COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] Beregnede verdier 82 4813 4932 5030 5106 5474 5821 6060 Justering Total sfaktor tilført COP Dellastfor COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] Bergen - TEK 10 Justering Luft- Byggets Andel av Varme-effekt Total sfaktor tempe- effekt- Varighet fyrings- justert for tilført COP Dellastfor COP ratur behov Bergen sesong avriming effekt fullast forhold dellast dellast [W] [Timer] [W] [W] -15 0 0 0 -15 0 0 7760 3869 2,0 0,00 0,00 0,00 -10 0 0 9360 4006 2,3 0,00 0,00 0,00 -7 57756 8 0 10300 4085 2,5 1,00 1,00 2,52 -5 45139 73 0,1 9790 4142 2,4 1,00 1,00 2,36 2 13021 1701 0,6 11704 4370 2,7 1,00 1,00 2,68 7 2579 4185 0,3 14900 4541 3,3 0,17 0,68 2,22 10 0 5696 0 15900 4654 3,4 0,00 0,00 0,00 41 Bergen - Pasivhus 122 Varmeeffekt Justering justert Total sfaktor for tilført COP Dellastfor COP avriming effekt fullast forhold dellast dellast [W] [W] 0 25000 9991 2,5 0,00 0,00 0,00 27800 10350 2,7 0,00 0,00 0,00 29400 10534 2,8 1,00 1,00 2,79 27768 10751 2,6 1,00 1,00 2,58 32032 11294 2,8 0,80 0,97 2,76 40900 11729 3,5 0,20 0,71 2,48 43100 11946 3,6 0,00 0,00 0,00 81 Varmeeffekt Justering justert Total sfaktor for tilført COP Dellastfor COP avriming effekt fullast forhold dellast dellast [W] [W] 0 11700 6726 1,7 0,00 0,00 0,00 15500 7021 2,2 0,00 0,00 0,00 17700 7215 2,5 1,00 1,00 2,45 16999 7351 2,3 1,00 1,00 2,31 20680 7864 2,6 0,63 0,94 2,48 26300 8273 3,2 0,10 0,52 1,66 27800 8535 3,3 0,00 0,00 0,00 Tabell 63 Tabell 64 112 Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 16600 19300 20700 19758 22880 29100 30400 Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 30600 35700 38400 36579 42504 53700 56200 Luft- Byggets Andel av tempe- effekt- Varighet fyringsratur behov Røros sesong [W] [Timer] -15 32102 645 -15 32102 645 0,15 -10 24438 1265 0,13 -7 21059 1811 0,12 -5 18826 2247 0,2 2 8946 4359 0,4 7 0 5976 0 10 0 6928 0 Luft- Byggets Andel av tempe- effekt- Varighet fyringsratur behov Røros sesong [W] [Timer] -15 57954 645 -15 57954 645 0,15 -10 46300 1265 0,13 -7 40230 1811 0,12 -5 36323 2247 0,2 2 18666 4359 0,3 7 899 5976 0,1 10 0 6928 0 2,3 2,6 2,7 2,6 2,9 3,5 3,6 162 1,00 1,00 1,00 0,95 0,39 0,00 0,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,87 0,00 0,00 2,29 2,59 2,74 2,56 2,47 0,00 0,00 Total Justerings tilført COP Dellast- faktor for COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] 0 12266 2,5 1,00 1,00 2,49 13039 2,7 1,00 1,00 2,74 13371 2,9 1,00 1,00 2,87 13702 2,7 0,99 1,00 2,67 14586 2,9 0,44 0,89 2,58 15249 3,5 0,02 0,15 0,51 15581 3,6 0,00 0,00 0,00 7259 7451 7564 7688 8005 8264 8377 Total Justerings tilført COP Dellast- faktor for COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] 82 Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 40900 46400 49500 47081 54824 70200 74000 Beregnede verdier 122 VarmeTotal Justerings effekt tilført COP Dellast- faktor for COP justert for effekt fullast forhold dellast dellast avriming [W] [W] 0 16524 2,5 1,00 1,00 2,48 54100 17383 2,7 1,00 1,00 2,67 63100 17812 2,8 0,81 0,98 2,72 68000 18241 2,6 0,77 0,97 2,51 65237 19421 2,8 0,34 0,84 2,36 77264 20387 3,4 0,01 0,11 0,40 99600 20816 3,6 0,00 0,00 0,00 105200 Beregnede verdier 202 VarmeTotal Justerings effekt tilført COP Dellast- faktor for COP justert for effekt fullast forhold dellast dellast avriming [W] [W] 0 9991 2,5 1,00 1,00 2,50 30600 10350 2,7 0,88 0,99 2,65 35700 10534 2,8 0,72 0,96 2,68 38400 10751 2,6 0,68 0,95 2,47 36579 11294 2,8 0,28 0,79 2,25 42504 11729 3,5 0,00 0,00 0,00 53700 11946 3,6 0,00 0,00 0,00 56200 Røros - TEK 10 Varmeeffekt justert for avriming [W] 0 25000 27800 29400 27768 32032 40900 43100 Røros - Pasivhus 22104 23713 24464 25323 27147 28542 29186 2,4 2,7 2,8 2,6 2,8 3,5 3,6 1,00 0,73 0,59 0,56 0,24 0,01 0,00 1,00 0,96 0,94 0,93 0,76 0,08 0,00 2,45 2,57 2,60 2,39 2,17 0,29 0,00 Total Justerings tilført COP Dellast- faktor for COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] 302 Total Justerings tilført COP Dellast- faktor for COP effekt fullast forhold dellast dellast [W] 0 12266 2,5 1,00 1,00 2,49 13039 2,7 0,68 0,96 2,62 13371 2,9 0,55 0,92 2,65 13702 2,7 0,51 0,91 2,44 14586 2,9 0,21 0,73 2,12 15249 3,5 0,00 0,00 0,00 15581 3,6 0,00 0,00 0,00 162 Tabell 65 Tabell 66 113 Tabellverdier benyttet for avriming_20% reduksjon Tabell 67 Størrelse Lufttemperatur -15 -15 -10 -7 -5 2 7 10 Varighet Oslo Bergen Røros Varmeeffekt [Timer] [Timer] [Timer] [W] 91 0 645 0 91 0 645 16600 291 0 1265 19300 605 8 1811 20700 955 73 2247 22200 3182 1701 4359 26000 4631 4185 5976 29100 5451 5696 6928 30400 82 Korrigert Tilført varmeeffekt effekt for avriming COPnom [kW] [W] 0 6430 16600 2,6 6600 19300 2,9 6700 20700 3,1 6810 18204 3,3 7090 20800 3,7 7320 29100 4,0 7420 30400 4,1 Vedlegg P - Psykrometrisk diagram Figur 76 114
© Copyright 2024