Smart CO2-varmepumpe

Netop nu deltager Teknologisk Institut i et projekt – kaldet ’Smart CO₂-varmepumpe’ – der handler om at udvikle en energieffektiv varmepumpeenhed med CO₂ som kølemiddel i kapacitetsområdet fra 20 til 200 kW. I det nævnte kapacitetsområde er antallet af installationer stort, og markedspotentialet er omfattende og tæller flere millioner installationer alene i EU. Ud over de nye installationer er behovet for at udskifte kedler med fossilt brændsel med til at skabe et helt nyt marked – og dermed minimere gasuafhængigheden.

Pris en afgørende faktor
Varmepumpeløsninger med ikke-giftige og ikke-brandbare naturlige kølemidler findes ikke i kapacitetsområdet 20 til 200 kW. De varmepumper, der på nuværende tidspunkt er tilgængelige i dette markedssegment, anvender de ineffektive og miljøproblematiske HFO-kølemidler, der er let brandbare og bidrager til at øge TFA- og PFAS-forureningen af vores drikkevand. Projektet sigter derfor mod at lukke dette hul og levere effektive løsninger, der også er konkurrencedygtige på pris.

Brugerne af den nye løsning vil være flerfamiliehuse og mindre industri-, service-, detail- og offentlige bygninger, og for disse kunder er en vigtig faktor – ud over effektivitet og pris – kølemidlets brandbarhed og giftighed. CO₂ er derfor et perfekt valg.

Det er ikke muligt at nedskalere de allerede eksisterende løsninger, der anvendes til større varmepumper, eftersom prisen på det samlede system er afgørende. Der er brug for en ny innovativ lavpris-CO₂-varmepumpe. Derfor skal der designes nye komponenter til varmepumpeløsningen. Ud over at være konkurrencedygtig på pris skal løsningen også være robust, plug-and-play for installatørerne og meget servicevenlig.

Online overvågning af varmepumpen
Et særligt innovativt element i projektet er at forbinde varmepumpeenheden til ’skyen’ for online at kunne overvåge driftsforhold og bruge denne viden til at optimere varmepumpens effektivitet, forudsige vedligeholdelse og løse problemer, der er forårsaget af ødelagte komponenter, indtil udskiftning er udført. Det vil således være muligt at holde varmepumpen kørende, indtil service er tilgængelig. For at reducere driftsomkostninger vil der desuden blive indarbejdet algoritmer i cloud-løsningen, som vil overvåge spotmarkedspriserne på el og beslutte den bedste driftsstrategi for varmepumpen.

Design af nye komponenter
For yderligere at øge effektiviteten er der behov for en ny metode til koldgasafrimning i stedet for den traditionelle elektriske afrimning. Ved koldgasafrimning producerer varmepumpen varme under afrimning, og den er ikke ude af produktion under afrimning, hvilket er tilfældet ved elektrisk afrimning. Fordamperen skal være en integreret del af varmepumpen og være opdelt i mindst fire sektioner. I dette projekt vil en ny type højeffektiv fordamper, der anvender koldgasafrimning, blive designet.

Derudover skal der udvikles en ny type pladevarmeveksler til højtryk. Traditionelt er pladevarmevekslere til højere tryk udstyret med en ekstra ramme, der skal øge styrken. Det er dyrt, og der skal derfor udvikles en supereffektiv ny pladevarmeveksler uden ekstra ramme.

Forbedret virkningsgrad
Elkedler kører med en gennemsnitlig virkningsgrad på 100 %, hvilket betyder, at al den elektriske energi omdannes til varme. For varmepumpen i dette projekt er COP estimeret til at ligge mellem 3 og 5 – alt afhængigt af driftsforholdene. Dette betyder, at for hver kW el vil varmepumpen producere 3 til 5 kW varme og derved have en virkningsgrad på 300 til 500 %.

Om projektet
I projektet, der løber over tre år (start januar 2023), samarbejder Teknologisk Institut med en række partnere:

• Fenagy, Bitzer Electronics, Danfoss, Kelvion, LU-VE, Salling Group, CO2X, Aarhus Universitet og Reftronix.

Projektet støttes af EUDP.