Individuelle gasdrevne varmepumper

Delrapport, Gasmotordrevne varmepumper

Projektrapport

Februar 1998

Individuelle gasdrevne varmepumper

Delrapport, Gasmotordrevne varmepumper

Projektrapport

Februar 1998

Individuelle gasdrevne varmepumper

Delrapport, Gasmotordrevne varmepumper

Malene Nielsen

Dansk Gasteknisk Center a/s Hørsholm 1998

Titel

Rapport kategori

Forfatter

Dato for udgivelse

Copyright

Sagsnummer

Sagsnavn

ISBN

Individuelle gasdrevne varmepumper- Delrapport, Gasmotordrevne varmepumper

Projektrapport

Malene Nielsen

Februar 1998

Dansk Gasteknisk Center a/s

715.20; H:\715\20\MNI Rapport-vannepumper.doc

lndividuelle gasdrevne varmepumper

87-7795- 140-9

For ydelser af enhver art udfØrt af Dam·k Gasteknisk Cem er a/s (DGC) gælder:

• Cif DGC er ansvarlig i henhold til "Almindelige bes1e1nme/ser for teknisk rådgivning & bisrand (ABR 89)", som i

øvrigt anses for vedtage! for opgaven.

• at erstatningsansvaret forfejl, forsømmelser eller skader over for rekvirenten eller tredjemand gælder pr. an-

svctrspådragende fejl ellerforsømmelse og altid IJegrænses til .l 00% cif det vederlag, som DGC Ila r modtage/ for

den pdgældende ydelse. Rekviremen holder DGC skadesløs for alle tab, udgifter og erstatningskrav, der mårre

overstige DG C's hæftelse.

• al DGC skal • uden begrænsning · om levere egne ydelser i forbindelse med fejl og forsømmelser i DGC's mate-

riale.

Juli 1997

DGC-rapport 1

Indholdsfortegnelse Side

l Forord ..... ... .... ....... .. .... ............ .... ...... ........ .. ... .. .. ... .. .... .. ...... ... ... ... .. ...... ........... .... .... ... ..... ........ ...... 3

2 Resume og konklusion ....... ....... .. .... .... ... ... .. ... ... .. .... ... ... ... .... ....... ........ .. ... ... ... ... .... .... ... .. ... .. .... .. ... 4

3 Englis h Summary ........... ....... .... .... ........... .. ..... .... ...... .. .. ... ...... ..... ...... ... ...... ..... .... .. ... .... ... .. .. ..... .... 6

4 Indledning .. .. ..... ....... ....... ... ....... ........ ..... ........... .. .... ..... .. ... ........ ...... ....... .... ... ..... .. .... ... .... ... .... ...... 8

4.1 Baggrund ... .... .... ... .... .... ..... ... .... ... .... .. ..... ... ..... ..... ... ... ..... ..... ... .. ... ..... ... .. .. ... ....... .. ... .. ... ... ..... ... 8

4.2 Formål .. .......... ..... .... ........... ....... .. ... ... ... .. ..... . " .... .. .... ... .. ... ....... ... .. .... ........ .... .. ..... .. ....... .... ...... . 8

5 Gennemførelse og resultat ..... ... ..... .. .. ..... ...... .. .. .. .. .. ..... ...... ... ............ ..... ...... .. .. .. ... .. .... ........... .... l O

5 .l Teknologibeskrivelse ................... .... .. ... .. ........ .. ... .. .............. .. ..... ... ... ... ........... .... ... ..... .. ... .. .. l O

5.1.1 Anlægsopbygning .. ..... .. ... .... .. ... .. .. ............. .. .. ........ ... ..... ............. .. ....... .. .... .. .. ......... ... 10

5.1.2 Anlægsopbygning med køling/airconditionering ... ... ......... ..... .... ........... .... ... .... ....... . 11

5 .1.3 Fastlæggelse af dimensioneringsstørrelser for anlægget .................................. .. .. .... . 11

5 .1.4 Driftsdata ........... ........ ........ .. .. .. .. ........... ..... .. .. ............. ...... .. .......... ..... ..... ..... ..... .. ... .. .. 12

5 .1.5 Energimæssige forhold ................... ... .... .... .... ... ............ ..... ... ...... ...... ...... .. ..... .... .. ...... 13

5.1.6 Regulerings- og dellastegenskaber ..... .... ..... ... .. .... .... .. ..... .. .. ... ........ .. .. ......... ........... ... 14

5.1.7 Serviceoglevetid ........................... .. .. ..... ... ... .... ... .. ..... .. ..... ... .. .. .... .. ..... .......... ...... .. ... l5

5.2 Litteraturstudier ... ...... ......... ... ... ...... ............ .... ... .... ... ...... ....... ........ ... .... .. .... ...... .... .. ... ... ..... .. 15

5.3 Leverandørkontakt .... ...... .... ...... .. ........ .... ... ... ... ................ ...... ......... ....... .. .. .. ... .. ...... ... ... ..... .. 15

5.3.1 Gasmotordrevne varmepumpeanlæg ... .. .. .... .... ... .... ..... .......... ... .... .... .......... ... ... .. .. ... .. 16

5.3.2 Gasmotorer ..... ... ........... .... .. ...... .... ... ...... .......... ....... ......... .. ... ... ... ........ .. ... .... .. ... .... ..... 19

5.4 Miljømæssige forhold .... .. ... .. ... .. .. .. .. .... ... .. .. ... .. ... ... ... ... .. .. ....... ..... ......... .. .. ... ... .. .... ...... .... ..... 20

5 .4.1 Emission ..... ..... ... ... ... .. .. ..... .. ... .. ............ ....... .. ....... .... .. ... ..... .. .............. ...... ....... ... .. .... . 20

5.4.2 Støj ......... ... .... ... .... ..... .... .... ..... ..... .... .... ...... .... ........ .... ... .. .... .. .. .. ..... .. .. ..... ... ......... ........ 22

5.5 Økonomi .. .. ... ............ ... .. ..... ... .. .. ... .... ..... ..... .. ... .. .. ..... ... ....... ...... .... .. ... .. .... ....... ....... ............ .. 22

5.5.1 Anlægspris .. .. .. .. .... .... .... ...... .... ...... ... .. .. ........... ... .... .... ....... .... ...... .... .......... ..... ... ..... .... 22

5.5.2 Drifts- og vedligeholdsudgifter.. .. ..... .. ... .. .. ...... ... ... ..... ... .......... .. ... .. ....... ......... ... .. ... .. . 22

5.6 Samfundsøkonomisk og miljømæssig analyse ........ .. ...... .. ...... ...... ......... .. .. .... .. ... ..... ........... 23

5.6.1 Generelt .......................... .. .. .. ..... .. .. .. .. .. ... .... ..... .. .... .. ... .... .. .... .. .. ........ ........ .. .. .. ..... ..... . 23

5.6.2 Miljøanalyser ............................. .. ..... .. .... ..... ... ... ........ .. .... ... ... .. .. .... ....... ... ....... .. .... ..... 23

5.6.3 Privatøkonomiske analyser ... ... .. ..... ............. ... ........ ..... ........ .. .. .. .. .. ........... ........ ......... 24

6 Referencer .. .... .. ... ... ........ .. ... .. ... ... .... .. ... .. .... .. ... ... .. .. ..... .... ......... .......... ...... ... ...... ...... ... .. .... .. .. ... ... 26

DGC-rapport 2

BILAG

l. Eksempel på anlægsopbygning med seks forskellige driftssituationer

DGC-rapport 3

1 Forord

Denne rapport udgør en delrapport under projektet "Individuelle gasdrevne

varmepumper". Projektet behandler foruden gasmotordrevne varmepumper

absorptionsvarmepumper og stirling/vuilleumier-varmepumper. Der er ud-

arbejdet dels en hovedrapport for projektet og dels mere detaljerede delrap-

porter for hver af de forskellige gasbaserede varmepumpeteknologier. Pro-

jektrapporteringen omfatter således følgende:

• Gasdrevne varmepumper

• Små gasmotordrevne varmepumper

• Absorptionsvarmepumper

• StirlingNuilleumier varmepumper

• Samfundsøkonomisk og miljømæssig analyse

Følgende har deltaget i projektarbejdet:

Hovedrapport

Delrapport

Delrapport

Delrapport

Delrapport

• DTI, Tåstrup, Prøvestation for varmepumpeanlæg (Projektleder), ved

H. C. Aagaard og Claus Poulsen

• DTI, Tåstrup, Energiteknik, ved Bernt Hansen

• DTU, Institut for Energiteknik, ved Henrik Carlsen og H. J. Højgaard

Knudsen

• Dansk Gasteknisk Center a/s, ved Malene Nielsen og Allan Laursen

• RAMBØLL, ved Morten Blarke

Denne rapport er kvalitetssikret af Bjarne Spiegelhauer, DGC.

Projektet er finansieret af:

• Energistyrelsen under "Udviklingsprogrammet for vedvarende energi

mv."

• Gasselskabernes Fagudvalg for mindre anlæg (FAU l)

• DTI, Energi

~t-Jld~ l3~ Malene Nielsen Bjarne Spiegelhauer

Projektingeniør Afdelingschef

Afd. for Gasanvendelse Afd. for Gasanvendelse

DGC-rapport 4

2 Resume og konklusion

Der har ikke hidtil været installeret gasmotordrevne varmepumper med

varmeydelse mindre end ca. 30 kW i Danmark. Der er imidlertid efter om-

fattende udviklingsaktiviteter på området installeret mange sådanne enheder

i både Japan og USA. I J a p an er over l 00.000 gasmotordrevne varmepum-

per installeret, hvoraf en stor andel har varme-/kuldeydelse på

DG C-rapport s

Installeret pris for en gasmotordrevet varmepumpe er i USA ca. 8.000 USD

for en J 8 kW enhed ( 1994). Ud fra prisindeks forventes prisen i Danmark at

være ca. 67.000 kr. Energistyrelsen yder tilskud til varmepumpeanlæg på

15%. Drifts- og vedligeholdsudgifter er vurderet til at være ca. 2.000 kr./år.

Samfunds- og privatøkonomiske analyser er foretaget af RAMBØLL viser,

at et gasmotordrevet varmepumpeanlæg har betydeligt længere tilbagebeta-

lingstid end såvel gaskcdler, som de øvrige betragtede gasdrevne varme-

pumpeteknoiogier. Tilbagebetalingsti.den er bestemt tiJ ca. l 00 år.

De masseproducerede mjndre gasmotordrevne varmepumeenheder fra Japan

og USA skønnes, på baggrund af de økonomiske vurderinger, således at

være uegnet, når der udelukkende er behov for varme. Enhederne vil i højere

grad kunne have sin berettigelse i forbindelse med samtidig varme- og ku l-

debehov.

DGC-rapport 6

3 English Summary

Until now, gas engine heat pumps with beating capacity lower than approx.

30 kW have not been instalied in Denmark. However, foliowing extensive

development activities in the field, a large number of such units has been

instalied in both Japan and USA. In Japan, morethan 100,000 gasengine

heat pumps have been installed, of which a large number has a hea-

ting/cooling capacity

DGC-rapport 7

Instalied price for a gasengine beat pump is in USA approx. 8,000 USD for

an 18 kW unit (1994). Basedon price indeks the price in Denmark is ex-

pected to be approx. 67,000 DKK. The Danish Energy Agency grants a 15%

subsidy to heat pump units. Annua! operation and maintenance costs are

estimated to be approx. DKK 2,000.

Cost/benefit analyses made by RAMBØLL have shown that the payback

period of a gasengine heat pump system is consjderably longer than that of

gas boiler systems and of other of the gas fired heat pump technologies. The

payback period has been estimated to be approx. 100 years.

On the basis of the economic assessments, tb e mass produced smaller gas

enginc heat pump units from Japan and USAare considered not to be suita-

ble when only heat produetion is demanded.

The units will be more su itabJe in in connection witb simultaneous demand

for beating and cool ing.

DGC-rapport 8

4 Indledning

4.1 Baggrund

Langt hovedparten af de i Danmark opstillede varmepumper er eldrevne.

Der findes imidlertid flere teknologier for gasdrevne varmepumper:

l. Gasmotordrevne varmepumper

2. Absoptionsvarmepumper

3. Stirling-Vuilleumier varmepumper

Der er p.t. kun opstillet ganske få gasmotordrevne varmepumpeanlæg i

Danmark. Disse har en varmeydelse, der ligger betydeligt over de for par-

celhuse typiske varmebehov.

Gasmotordrevne varmepumpeanlæg markedsføres og benyttes dog i udstrakt

grad i både Japan og USA. Disse anlæg er udviklet som kombinerede var-

me-/airconditioneringsanlæg. I Japan var der i 1995 24 kommercielle var-

mepumpetyper med en motoreffekt i intervallet 1-6 kW (ca. 1-8 kW varme)

151. Inklusive alle effektniveauer var der i 1990 installeret over 50.000 !51 og

i 1995 over 100.000/8/ gasmotordrevne enheder i Japan. York oplyser, at

der i USA er installeret over 2.000 varmepumpeenheder af typen Triathlon

(ca. 18 kW varme). Varmepumperne er baseret på varmeoptag fra udeluften,

og ydelsen angives ved udetemperatur på 7°C /10/.

På baggrund af markant udvikling og udbredelse af gasmotordrevne varme-

pumper i USA og Japan er der, for at potentielle leverandører skal kunne

vurdere, hvorvidt de ønsker at udvikle eller igangsætte forhandling af eksi-

sterende gasmotordrevne varmepumpeanlæg, behov for en teknisk og øko-

nomisk status på området.

4.2 Formål

Målet for dette delprojekt er at redegøre for tekniske, økonomiske og miljø-

mæssige forhold for gasmotordrevne varmepumpeanlæg med en ydelse, der

svarer til varmebehovet for et parcelhus. Rapporten skal ud fra litteraturstu-

dier og kontakt til leverandører klarlægge teknisk stade samt erfarings-

grundlag for små gasmotordrevne varmepumpeanlæg. Der skal ud fra an-

DG C-rapport 9

lægspris og vedligeholdsudgifter foretages en overordnet vurdering af øko-

nomiske forhold, Endelig skal der foretages en miljømæssig teknologivurde-

ring.

Projektet retter sig mod potentielle leverandører af nyudvikJede gasmotor-

drevne varmepumpeanlæg. Projektresultatet skal udgøre et teknisk og til

dels økonomisk beslutningsgrundJag for at vurdere videre involvering i ud-

vikling og markedsføring af gasmotordrevne varmepumpeanlæg i Danmark.

DG C-rapport 1 o

5 Gennemførelse og resultat

5.1 Teknologibeskrivelse

5.1.1 Anlægsopbygning

I et gasmotordrevet varmepumpeanlæg fås varme dels fra det traditionelle

varmepumpeanlæg som drives af den gasmotorkoblede kompressor og dels

fra køling af motor og røggas. Varmeydelsen fra varmepumpekredsen udgør

i størrelsesordenen 40% af den samlede varmeydelse /3/. Figur l viser en

enkel opbygning af et gasmotordrevet varmepumpeanlæg.

Motorkøling

Ca. motor Ekspansions-ventil

Udeluft eller jord

Figur l: Opbygning af gasmotordrevet varmepumpeanlæg

Varmepumpekredsen er i ovenstående simple udførelse af anlægget ikke

afvigende fra et eldrevet varmepumpeanlæg, dvs. der benyttes samme an-

lægskomponenter, kølemidler mv.

De i udlandet kommercielle gasmotordrevne varmepumpeanlæg er baseret

på varmeoptag fra udeluft, hvorimod man i Danmark ofte vil foretrække

jorden som varmekilde i forbindelse med ikke-industriel anvendelse. Dette

skyldes, at varmepumpens varmevirkningsgrad er relativt lav, hvis varme-

DG C-rapport 11

kildens temperatur er lav (se Figur 3). Data angivet i de følgende afsnit gæl-

der for enheder, der benytter udeluft som varmekilde.

5.1 .2 Anlægsopbygning med køling/airconditionering

Mindre gasmotordrevne varmepumpeanlæg er som tidligere nævnt primært

udviklet og benyttet i Japan og USA. Kommercielle anlæg med et ydelses-

niveau på ca. 7 kW er normalt udført som kombinerede varme-/køleanlæg. I

dette projekt er der, da det er rettet mod parcelhuse, primært fokuseret på

anlæggenes anvendelse til vandbaseret opvarmning og varmtvandsprodukti-

on. Tænkes et varmepumpeanlæg masseproduceret, må der være mulighed

for at afsætte enheden til et større marked end det danske. Det er derfor af

informativ interesse at kende til de alternative anvendelsesmuligheder.

Der findes en lang række driftsmuligheder og anlægskoblinger for de for-

skellige anlæg. Der kan være tale om koblingsmuligheder, der tilfredsstiller

behov for:

• Varmt vand

• V armt vand og varm luft

• Samtidig varmt vand og kold luft (aircondition- typisk beboelse)

• Tidsforskudt varme og køling

• Samtidig varme og køling (typisk mindre industri)

I bilag l er vist et eksempel på en anlægsopbygning, der giver mulighed for

seks forskellige driftsformer /5/.

5.1.3 Fastlæggelse af dimensioneringsstørrelser tor anlægget

Det er valgt, at ydelsen for varmepumpen i dette projekt skal fastlægges ud

fra et typisk dansk parcelhus. I Il/ er nærmere redegjort for dimensione-

ringsgrundlaget Tabel l viser hvilket dimensioneringsgrundlag, der er be-

nyttet i projektet.

DG C-rapport 12

Tabel]: Nøgletalfor varmepumpeanlæg til dansk parcelhus

Enhed Dimensioneringstal

Varmeydelse kW 7 (3-10)

Årligt varmebehov1> MWh 18.400 l. Inkl. varmt vand

5.1.4 Driftsdata

Omtrentlige driftsdata for et varmepumpeanlæg i det aktuelle effekt-interval

er angivet i Tabel 2. Der er tale om overslagsrnæssige nøgletal fastlagt efter

Tabel 5, som udgør en oversigt over hoveddata for en række kornmercielle

varmepumpeanlæg - 1,4 o

Ars nytte- - -1,1

virkning- varme

Årsnytte- - -1,2 virkning - kulde l. Afhænger af last - her angivet ved den for effektfaktoren optimale last

DGC-rapport 13

5.1.5 Energimæssige forhold

Et energistrømsdiagram for et gasmotordrevet varmepumpeanlæg er vist i

Figur 2/3/. Det fremgår, at varmeydelsen fra anlægget øges med ca. 40%,

når gasmotoren indbygges i et varmepumpeanlæg. Der er i diagrammet an-

taget en effektfaktor for varmepumpekredsen alene på 3,0.

lal

Il!

a Brændværdien af det tilførte brændstof 100

b Varmemængden fra motoren (konv. & stål) 4

c Varmemængden i udstødsgassen 32

d V armemængden i kølevandet 30

e Akseleffekt fra motoren 34

f Ikke udnyttet varme i udstødsgassen 5

g Ydnyttet varme i i udstødsgassen 27

h Akseleffekt til kompressoren 32

Tab ved kobling 2

J Optaget fordampervarme 67

k Varmetab fra kompressoroverfladen 3

Y dnyttet varmemængde 153

Figur 2: Sankey-diagramfor gasmotordrevet varmepumpeanlæg 131

Varmepumpekredsens effektfaktor afhænger af varmekildens temperatur og

rumtemperatur (Figur 3). Højst effektfaktor opnås ved lille forskel mellem

DGC-rapport 14

de to temperaturer. Da vandet i den gasmotordrevne varmepumpe opvarmes

yderligere via motor- og røggaskøling, er det muligt at arbejde med høj ef-

fektfaktor på varmepumpekredsen.

l.. o ~ 24 ~ Q)

'+-w3 2

o

-Vanrvvand varmepumpe ---Luft vand varmepumpe F •

1 b rem ø

--35°C ~.---- ............. -1 -~--- .;!'·" - 55°C -- -- ....... ..... - --.__

-1 o -5 o 5 1 o 15 20 Luft- henholdsvis jordtemperatur [°C]

stem p

Figur 3: Effektfaktorens afhængighed af fremløbs- og returtemperatur 141

5.1.6 Regulerings- og dellastegenskaber

Tabel 3 viser effektfaktor målt for Yorks varmepumpe Triathlon ved hhv.

varme- og kuldeydelse og ved varieret last. De angivne COP-værdier er

ekskl. elforbrug. Værdierne under varmeproduktion er målt ved en udetem-

peratur på hhv. -10°C (som varmeafgiver) og 29°C (ved køling).

Tabel 3: Dellastegenskaber for en 16 kW varmepumpe /9/

Motoromdrejningstal 1540 1990 2440 3000

Varmeeffekt [kW] 4,47 6,33 7,38 9,43

C OPvarme 0,95 l, 16 0,96 0,76

Elforbrug [kW] 0,39 0,49 0,62 0,76

Køleeffekt [kW] 6,36 8,16 8,92 9,07

CO P køling 1,08 1,43 1,34 0,98

Elforbrug [kW] 0,36 0,48 0,61 0,76

Det fremgår af Tabel 3, at varmepumpens effektfaktor for den aktuelle ude-

temperatur er størst ved ca. 6,5 kW varmeydelse. Gasmotordrevne varme-

pumpeanlæg har i forhold til andre varmepumpeanlæg god mulighed for

dellastdrift, da motorens omdrejningstal kan ændres.

DGC-rapport 15

5.1.7 Service og levetid

Y ork angiver en forventet levetid på c a. l O år for et gasmotordrevet varme-

pumpeanlæg. I /8/ er foreslået nedenstående serviceomfang for et gasmotor-

drevet varmepumpeanlæg.

Tabel4: Service på gasmotordrevne varmepumpeanlæg 181

Ar 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Motorolie o o o o o o o o o

Oliefilter o o o o

Kompo- Tændrør o o o o

nenter Kompressorrem o o o o

Luftfilter o o o o

Blowby filter o o o o

Kølemiddel o o

o = udskiftes

5.2 Litteraturstudier

Der er foretaget litteratursøgning i relevante fagtidsskrifter og rapporter.

Litteraturindsamlingen har været koncentreret dels om gasmotordrevne var-

mepumpeanlæg og dels om mindre gasmotorer.

Litteraturen vedrørende gasmotordrevne varmepumpeanlæg beskriver pri-

mært anlæg udviklet for airconditionering. I såvel Japan som USA benyttes

disse anlæg i private husstande, boligblokke og mindre industri. I spidslast-

perioder ønsker man i Japan at flytte energiefterspørgslen fra el til gas. Dette

kan opnås ved anvendelse af gasmotordrevne varmepumpeanlæg. Udvik-

lingsaktiviteterne for disse anlæg er koncentreret omkring forbedring af an-

læggets fleksibilitet mht. varme- og kuldeydelse. Endvidere pågår en forbed-

ring af gasmotorernes emissionsniveau efter de for større motorer kendte

teknologier.

5.3 Leverandørkontakt

Der er taget kontakt til leverandører af hhv. gasmotordrevne varmepumpe-

anlæg og små gasmotorer.

DGC-rapport 16

5.3.1 Gasmotordrevne varmepumpeanlæg

Der markedsføres ikke gasmotordrevne varmepumpeanlæg i det aktuelle

effektinterval i Danmark. I J a p an findes et ganske omfattende produktpro-

gram. Foruden japanske enheder findes også en amerikansk varmepumpeen-

hed- Triathlon. Japansk producerede og markedsførte varmepumper mar-

kedsføres p.t. ikke udenfor Japan, hvorfor brochuremateriale kun i meget

begrænset omfang er tilgængeligt på engelsk.

Varmepumpefabrikanterne står som hovedregel selv for ombygning af moto-

rerne til gasdrift og evt. tillean-bum drift. ·

De følgende varmepumpefabrikanter har gasmotordrevne varmepumper

TabelS: Kommercielle varmepumpeanlæg Type - (Japan) 11 (Japan/ 1 (Japan)'> (Japan) 11 (Japan)11 Varmeydelse kW 4,5-7,6 4,7-9,9 10,5-15,7 11,3-21 14-21

Kuldeydelse kW 3,0-4,7 4,5-8,3 8,7-10,5 9,8-14,2 13-17

Motoreffekt kWmek 1,5 2,2 3,0 3,7 5,6

Gasforbrug - var- kW 0,23-0,44 0,26-0,86 0,66-1,25 0,62-1,69 0,69-1,42

mepumpe m3/h m3/h m3/h m3/h m3/h

Gasforbrug - køle- kW 0,25-0,50 0,27-0,86 0,75-1,07 0,67-1,59 0,73-1,58

unit m3/h m3/h m3/h m3/h m3/h

Elforbrug - varme- kW. 0,09 0,26 0,43 0,51 0,61

pumpe

Elforbrug - køleunit kW. 0,09 0,26 0,40 0,48 0,61

COPvam>e - - - - - -COPkwde - - - - - -Støjniveau dB (A) - - - - -Motortype - - - - - -1ean-burn/støkiom.

Cylinderantal - l l 2 2 3 Vand-/luftkølet - vandkølet vandkølet vandkølet vandkølet vandkølet l. Angives i /5/ som eksempler på Japanske gasmotordrevne varmepumpeanlæg. Fabrikat og type angives ikke.

2. I 20 fods afstand.

Y arnaha Yanmar Ais in

YGC671PM Y4GPBM-N TG31210

12,2 17,4 20,9

7,8 13,0 17,4

4,6 8,5 '

15,0

9,0 15,3

r

18,2

9,2 15,7 20,2

l

0,3 0,49 0,61

0,3 0,49

- -

l 2

vandkølet vandkølet --

York

Triathlon

15,7

10,5

3,7 l

12,5

10,5

0,6

0,6

1,26

1,00

8 dB(A) 2>

lean-burn

l

vandkølet ---

o G) o '

Sil "O "O o ..... -

...... --.j

Enhed

Fabrikat - San y o Yamaha Yanmar Ais in Type - SGP- YGCJ 805M Y3C1X-N TGSJ140Nl

CH224F2

Varmeydelse kW 28,0 10,0 14,0 17

Kuldeydelse kW 22,4 8,0 11,2 14

Støjniveau dB (A) 60 - - -Motoreffekt kWmek 6,0 - - -Gasforbrug - var- kW - - - -roepumpe

Gasforbrug - køle- kW - - - -unit

Elforbrug - varme- kW. 0,82 - - -pumpe

Elforbrug - køleunit kW. 0,79 - - -COPvarme - - - - -COPkurde - - - - -Motortype - lean-bum - - -lean-burn/støkiom.

Cylinderantal - - - - -Vand-/luftkølet - - - - -

l Yanmar Yamaha Ais in l Y4C1X-N TCSJ140-A TGTJ180-r l

20 18 20 l 14 14 18 l - - - l - - -- - -

l

- - - l

- - -

' - - -- - -- - -lean-bum - -

l - - - l - - -

l

Yanmar

Y6GPAX-2-

N

28

20

---

-

-

---lean-bum

--

(Japan)11

(Japan) 11

22,1

17,4

-6

1,5 m3/h

1,5 m3/h .

0,82

'

0,75

---

3

vandkølet

l

l

o (j) o

l

iil "'O "'O o ::4

...... CO

DGC-rapport 19

5.3.2 Gasmotorer

Såfremt gasmotorer i det aktuelle effektinterval er kommercielt tilgængelige,

er en alternativ indfaldsvinkel til kommercialisering af mindre gasmotor-

drevne varmepumpeanlæg at finde en dansk virksomhed, der kan sammen-

bygge denne med et varmepumpeanlæg.

I flere af de japanske varmepumpeanlæg er brugt gasmotorer, der ombygges

, lrvmfonn-arorerne ':!cire-eT kolnmer=-------

cielle alene. Aktiviteter vedr. minikraftvarmeanlæg har klarlagt, at gasmo-

torudvikling i det aktuelle effektinterval primært udføres af varmepumpe-

producenterne.

Der er kun kendskab til 3 gasmotorer

DG C-rapport 20

nyttet. Der findes dog enkelte vandkølede motorer i det aktuelle effektinter-

val. Som eksempel kan nævnes, at HONDA har en 2-cylindret firetaktsmo-

tor, der ombygget til gasdrift har en effekt på ca. 5 kW som støkiometrisk

motor eller ca. 3,5 kW som lean-burn motor. Prisen for motoren er 13.560

kr. Prisen for gasudstyr, karburator og gasrampe er ca. 5.000 kr. Ved om-

bygning tillean-bum kan der yderligere være behov for at udskifte ventiler

og tændingssystem. Dertil kommer arbejdstid til ombygningen. Til sam-

_____________ menligning er_pri en fQr en 7 kW eldrevet varmeQ._UI}'!Qe ca. 78.000 kr. _____ _

(installeret og inkl. moms).

Tabel 7 viser et priseksempel for en forbrændingsmotordrevet varmepumpe

/3/. Tallene stammer fra 1988 og er baseret på en dieselmotor.

Tabel 7: Priseksempelfor dieselmotordrevet varmepumpeanlæg 131

10 kil 100 kil 300 kil

Forbrændingsmotor

r 60.000 120.000

Kompressor 35.000 55.000

Fordarrper 28.000 50.000 *(83.000) *(125.000)

Kondensator 38.000 35.000 55.000

Underkøler

~ 5.000 10.000

Udveksling (kilerem) 3.000 3.000

Røggasveksler 9.000 18.000

Automatik, el m.v. 10.000 88.000 110.000

Isolering 3.000 7.000 9.000

Arbejdsløn + materiel 6.000 40.000 50.000

Projektering m.v. 8.000 45.000 55.000

65.000 355.000 535.000 (410.000) (610.000)

* Prisen hvis luftkøler anvendes.

5.4 Miljømæssige forhold

5.4.1 Emission

Nedenstående tabel viser de i litteraturen angivne værdier for emission af

CO, NOx og C02. Endvidere er angivet iltindhold i røggassen.

DG C-rapport 21

Tabel B: Emissionfra mindre gasmotorer

O z CO NO x COz

Enhed %vol ppm ppm %

York, Triathlon Marathon (varme) 1' 7,0 600 3002) 8,0

York, Triathlon Marathon (kulde) 1J 8,0 700 150 7,4

Yanmar3J 4,0 640 850 9,7

SACHS5J 8,0

DG C-rapport 22

en moderne gasmotor. Heraf er ca. 90 vol-% metan ved anvendelse af dansk

naturgas.

I tabel 9 er angivet anslåede emissionsværdier, som vil blive benyttet i for-

bindelse med dette projekts miljøanalyser. Emissionsværdierne gælder nyere

lean-burn gasmotorer.

5.4.2 Støj

Støjniveauet for den indendørs del af den amerikanske varmepumpe Tri-

athlon angives at være 8 dB(A) i 20 fods afstand.

For en række japanske varmepumpeenheder er støjniveau angivet til hhv.

50, 60, 62, 52, 61, 59, 63, 60, 61, 63 og 64 dB(A). Dette skal sammenholdes

med, at der i Danmark er krav om maks. støjniveau i skel på 35 dB(A) /18/.

5.5 Økonomi

5.5.1 Anlægspris

Anlægsprisen for gasmotordrevne varmepumpeanlæg koblet til et eksiste-

rende radiatorsystem skønnes, som udgangspunkt, at være den samme, som

for en airconditionenhed med tilsvarende varmeydelse.

Prisen for YORK' s gasmotorbaserede varmepumpeenhed Triathlon er i

USA ca. 8.000 USD installeret (1994-95) 171. Ud fra prisindeks forventes

prisen i Danmark at være ca. 67.000 kr. Varmeydelsen for denne enhed er

ca. 16 kW. Umiddelbart vurderes prisniveauet at være det samme for en

enhed på ca. 7 kW varme, som betragtes i dette projekt.

5.5.2 Drifts- og vedligeholdsudgifter

For YORK' s varmepumpe Triathlon angives serviceintervallet at være ca.

4.000 driftstimer svarende til ca. l år. Dette stemmer godt overens med ud-

førte field-tests. Udgiften til drift og vedligehold angives af Y ork at være

150 USD pr. år (1994).

DG C-rapport 23

Årlige serviceudgifter kan alternativt vurderes ved dels at sammenholde

med små gasmotordrevne kraftvarmeenheder og dels eldrevne varmepumpe-

enheder samt små kedelanlæg.

Serviceudgifter for gasmotor1) kr. 2.000

Serviceudgift for eldrevet varmepumpe2) kr. 600

Serviceudgift for kondenserende kedel3J kr. 1.135

Serviceudgift for lukket kedel3) kr. 840 l. Serviceudgift oplyst af Zantingh for en 5,5 kW e gasmotorbaseret kraftvarmeenhed

2. Iflg. folder fra Energistyrelsen

3. lflg. HNG. Pris inkl. service hvert andet år samt udkald

Serviceudgifter for en gasmotordreven varmepumpe vurderes at udgøre ca.

1.500-2.000 kr./år.

Dertil kommer forbrug af gas, el og smøreolie. Disse ventes at udgøre:

• Gasforbrug 0,083 nm3/k:Wh (varme)

• Årligt elforbrug 0,077 kWhe/kWh (varme)

• Smøreolieforbruget udgør ca. 0,0759 kWh (varme)

RambøH har foretaget privatøkonomiske analyser, hvis hovedresultater

fremgår af afsnit 5.6.

5.6 Samfundsøkonomisk og miljømæssig analyse

5.6.1 Generelt

Samfunds- og miljømæssige analyser er foretaget af Rambøll. Analyserne er

gennemført i overensstemmelse med Energistyreisens forudsætningsnotat

om denne type analyser. Fuldstændig beskrivelse af analysernelode, benyllel

datagrundlag samt resultater findes i separat delrapport /2/.

5.6.2 Miljøanalyser

Tabel 9 opsummerer datagrundlaget for energi- og miljøanalyserne. Data for

analyserne er nærmere beskrevet i afsnit 5 .4.1. Den betragtede varmepumpe

dækker, ud fra de indsamlede energi- og miljømæssige data, stort set hest-

case for gasmotordrevne varmepumper.

DGC-rapport 24

Tabel 9: Datagrundlag for miljøanalyse

Enhed Best case for air- Data benyttet i condition-anlæg Rambølls analyse

COPvarme - 1,2 1,2 CO-emission mg!MJ'J 25 25 NOx-emission mg!MJ') 200 235 UH C-emission mg/MJo 800 -co2 kg/GJIJ 56,9 56,9 Støjniveau dB(A) 50 -Støv o -l. Pr. MJ indfyret

RambøH konkluderer på baggrund af analyserne, at ved konvertering fra en

kondenserende gaskedel til en gasmotordrevet varmepumpe

• opnås en energibesparelse på ca. 15% 1)

• bliverNOx-emissionen ca. 7 gange højere1) (det er mere end for de øvrige

gasdrevne varmepumpeanlæg)

• øges CO-emissionen ca. 30% l)

l) Som referenceanlæg benyttes kondenserende kedler

5.6.3 Privatøkonomiske analyser

Der er i Rambølls økonomiske analyser anvendt følgende forudsætningstal:

Levetid

års n yttevirkning

Elforbrug

Investering "anlæg"

Investering "varmeoptager"

Investering "radiatoranlæg"

Investering "diverse"

D& V -udgifter

10 år

1,2

400kWhelår

57.000 DKK

5.000DKK

30.000DKK

3.000DKK

2.000 DKK/år

Levetiden for gasmotoranlæg er sat lavere end for de øvrige gasdrevne var-

mepumpeanlæg. Det skal understreges, at forudsætningsdata for gasmotor-

drevne varmepumpeanlæg er baseret på udenlandske enheder, mens der for

øvrige gasdrevne anlæg alene er tale om kvalificerede skøn, idet kommer-

cielle enheder ikke findes.

DG C-rapport 25

RambøiJ konkluderer, at der vi l være en simpel privatøkonomisk tilbagebe-

talingstid på ca. l 00 år. Flere af de øvrige gasdrevne varmepumpeanlæg

viser sjg i modsætning hertil økonomisk konkurrencedygtige med kondense-

rende kedler.

DGC-rapport 26

6 Referencer

l. Hovedrapport "Individuelle el- og gasdrevne varmepumper". Prøve-

station for varmepumper, DTI, 1997

2. "Individuelle el- og gasdrevne varmepumper, samfundsøkonomisk,

privatøkonomisk samt energi- og miljømæssig analyse", 1997

3. Forsyningskataloget 35-39, 1988

4. Varmeståbi

5. Heat Pumps in Japan (Third Edition)

Heat Pump Technology Center of Japan, March 1995

6. Minikraftvarmeanlæg, status, DGC-rapport 1996

7. Brochuremateriale fra

- York

- Sanyo

- Briggs & Stratton

8. Recent development and progress of Gas engineheat pumps (GHPs)

9. NGTC's Natura! Gas Heat Pumps, 1995

10. Heat Pump Energy Efficiency Regulations and standards, IEA Heat

pump centre 1996

11. NOx- reduction technique for gasengine heat pump, IGU/RE7-94, K. I

sano, S. Kida, H. Hisaki, Japan 1994

12. Grøn varme med varmepumper, Varmepumpefabrikantforeningen og

Prøvestation for varmepumper, 1997

13. Varmepumper (brochure), Energistyrelsen 1997

14. Gas Engines for Heat Pump Installations and Small Cernbined Heat

and Power Units, J. Masters, British Gas 1981

15. Test application of small size gasengine driven heat pump, F.

D'aponte

16. Heat pumps back in fashion

17. Naturgas til større varmepumper, DGC, Teknisk N o te 1/1997

18. Bygningsreglementet

DG C-rapport

H01. WIIU supply

o

Hoc wa.1er supply

o

Ha1 Wllc:r supply

o

27

Bilag 1 Eksempel på anlægsopbygning med seks forskellige

driftssituationer /5/

H01 watø supply

o

MacleA (when c:oolin&)

Hcx Willi' aupply

o

Mack B (w non coolin&)

Hot wuer supvly

o

Cllilledlhol: wau:r

Ho1 wala' supply Hoc wa1cr supply

o o

Mad& D (hoc wucr lUIIIIlY onJy)

Hoc wata" aupply Hcx wucr supply

o o

ChillodiiiCII

t--i--~~~r:-1~~---fl(r----------------+-w~ OlillodiiiCII

t---~*--t--~----,-----~--~~------~--------~~~

Mook E (wnen lle•u>nc)

Hot Wltcr supply

o Hut wa1cr supply

o

Chillod/1101 W liD'

--~~--;------h~------------~CJ ChiUodiiiCII ......

~--ø-4-~---?----~~~----~------~o ~--~;-~---r------~~----------~0

Mode p (whon hoa!ia&)