Rätt vald kopplingsmetod och köldmedium maximerar värmepumpsinvesteringens lönsamhet
Mika Siekkinen, Fimpecs Energy Recycling Solutions Manager, arbetar mitt i den accelererande värmepumpsboomen och har sett projekt växa och diversifieras snabbt. I den här artikeln lyfter han fram vikten av att välja rätt köldmedium och kopplingsmetod när man vill få ut så mycket nytta som möjligt av sin värmepumpsinvestering.
Användningen av värmepumpar för energiåtervinning ökar snabbt och man hittar ständigt nya användningsområden. Bara under det senaste året har vi på Fimpec projekterat och genomfört mycket intressanta projekt med värmepumpsteknik. Det handlar bland annat om energibolags värmeproduktion, industriella kyllösningar, fjärrvärmelösningar, utnyttjande av spillvärme från datacenter, återvinning av spillenergi från biogasanläggningar och nu senast energiåtervinning av anläggningar för produktion av grönt väte, där värmepumparna är en väsentlig del av processen och kapaciteten är hög.
Utbudet av projekt och tillämpningar är mycket omfattande och det är inget förvånande med det. Värmepumpsteknik möjliggör energiåtervinning i objekt av olika storlekar och typer. Det är också viktigt att ta hänsyn till objektens mångsidighet i de valda lösningarna när man strävar efter bästa möjliga verkningsgrad och kortast möjliga återbetalningstid för investeringen.
Två mindre omtalade men avgörande val i ett värmepumpsprojekt är kopplingsmetoden och köldmediet. Båda är relaterade till temperaturnivåerna i varje enskilt fall – temperaturskillnaden mellan projektets värmekälla, dvs. uppsamlingssidan, och den producerade värmen samt temperaturvariationer. Betydelsen av de här valen har bara ökat i takt med att anläggningarnas storlek växer och användningsområdena har diversifierats.
Temperaturkrav är en viktig faktor vid val av kopplingsmetod
När det gäller anslutningar kan man välja mellan olika alternativ i värmepumpprojekt, exempelvis parallellkoppling, seriekoppling, kaskadkoppling antingen direkt med köldmedier eller genom ett medium samt tvåstegs kompressionsanslutning. Den viktigaste påverkande faktorn vid valet är den tidigare nämnda temperaturskillnaden mellan insamlings- och produktionstemperaturen.
Parallellkoppling lämpar sig för lösningar som inte kräver höga temperaturer. Ett typiskt exempel på det här är 60-gradig värme som produceras för fjärrvärmenätet.
Seriekoppling är en bra kopplingsmetod när du vill nå högre temperaturnivåer. Det är ett förnuftigt sätt att utnyttja spillvärme från till exempel datacenter, där 20–30 graders insamlad värme omvandlas till cirka 90 graders värme för fjärrvärmenätet.
Kaskadkopplingar lämpar sig bra för industriella applikationer med låga uppsamlingstemperaturer på grund av processkylning och temperaturnivåerna varierar. I de här fallen erbjuder kaskadkopplingar möjlighet att använda mellankretsar.
Köldmedier går mot naturliga alternativ
När det gäller köldmedier som används i värmepumpar pågår en ny övergångsfas som styrs av EU:s F-gasförordning. Förordningen syftar till att minska utsläppen av fluorerade växthusgaser som används i värmepumpar och uppmuntra användningen av köldmedier med lägre GWP-värde (Glowal Warming Potential).
Syntetiska köldmedier, särskilt HFO-köldmedier, har legat i skottlinjen och vissa är redan förbjudna. Den nuvarande F-gasförordningen begränsar inte användningen av HFO-köldmedier, men i framtiden kommer F-gasförordningen sannolikt också att införa begränsningar för HFO-köldmedier. Utsläpp av PFAS-föreningar kommer också att medföra restriktioner för köldmedier i framtiden.
Alternativ till syntetiska köldmedier inkluderar naturliga köldmedier som ammoniak, koldioxid och rena kolväten som butan och propan. Det finns inga begränsningar eller förbud mot deras användning i F-gasförordningen. Nackdelen är emellertid brandkänsligheten hos rena kolväten och ammoniakens toxicitet. Delvis av den här anledningen har användningen av kolväten varit begränsad, men den har ökat på senare tid, åtminstone i externt placerade utrustningar. Nya alternativ utvecklas också, framför allt för industriella lösningar, och i vissa fall kan vatten användas som köldmedium.
Min egen ståndpunkt är att det i ett värmepumpsprojekt inte lönar sig att hålla fast vid ett köldmediealternativ i förväg, utan att ta hänsyn till värmepumpens storlek och effektklass och fatta ett beslut utifrån det. På samma sätt är det klokt att förbereda sig för framtiden och välja en anläggning som använder naturliga köldmedier. I våra egna projekt rekommenderar vi och strävar alltid efter att välja ett alternativ med så låg miljöpåverkan som möjligt, med ett lågt eller noll GWP-värde.
Ammoniak är ofta ett bra alternativ som köldmedium, speciellt i större storlekar och i specifika temperaturområden. Dess effekt är mycket bra och man kan uppnå bra helheter med små laddningar. Med tanke på miljöbelastningen är ammoniaks GWP-värde alltid noll och det har ingen långsiktig inverkan på växthusgaser. I industriella lösningar är det för närvarande det mest populära alternativet på grund av dess goda effektivitet och långa livscykel som uppnås med korrekt underhåll.
Man måste dock komma ihåg att ammoniak är en giftig gas. Därför måste säkerheten säkerställas genom att följa lagar och förordningar, standardspecifikationer och säkerhetsutrustning som läckagedetektorer, nödventilation och eventuellt nödvändiga sprinklersystem. Risken för toxicitet minskar genom att ammoniak löser sig bra i vatten, så det är möjligt att förhindra att den kommer ut i miljön även vid läckage.
Ett växande behov av färdigheter och kompetens inom framväxande energisystem, samarbete med läroanstalter är viktigt
Att välja rätt köldmedium och kopplingsmetod är bra exempel på den kompetens som behövs, speciellt i större värmepumpprojekt. I framtiden kommer efterfrågan på den här kompetensen och experter att öka – även hos oss på Fimpec.
Därför vill vi bidra till att utveckla den här kompetensen och ha ett starkt samarbete med olika högskolor. Vi erbjuder gästföreläsningar om utveckling energisystem där värmepumpsteknik spelar en avgörande roll. Våra experter vägleder även examensarbeten relaterade till området. Det lönar sig att kontakta oss.
Tilläggsinformation
Mika Siekkinen, Manager, Energy Recycling Solutions
Fimpec, Energy Expert Services
+358 40 416 6610, mika.siekkinen(at)fimpec.com
