Varmepumper i områder uden for kollektiv energiforsyning

Der er i Danmark ca. 120.000 elopvarmede parcelhuse, hvoraf der i områder uden for kollektiv varmeforsyning skønnes der at være 50.000. Heraf 30.000 med et forbrug over 13 MWh/år (gennemsnitsforbrug ca. 18 MWh/år). Hvis der reduceres for husholdningsforbrug og der konservativt regnes med en halvering af elforbruget til opvarmning af rum og brugsvand ligger besparelsespotentialet på over 200 GWh/år – svarende til mere end 150.000 tons CO₂ pr. år.

I de elopvarmede huse bliver der overvejende installeret luft/luft-varmepumper, og der udskiftes i disse år mange ældre oliefyrede kedelanlæg til især jordvarmepumper. Luft/vand-varmepumper har ikke den store udbredelse i øjeblikket.

Dette projekt har belyst status samt givet forslag til sikring af en hensigtsmæssig udbredelse af varmepumper specielt i områder uden for kollektiv varmeforsyning. 

De mest udbredte varmepumpetyper vurderes - ud fra de indhentede erfaringer - i dag at operere med følgende opnåelige effektfaktorer:

Nye huse, der opføres under BR2006, har herved en mulighed for at udnytte jord- og luftvarmepumpe, grundet høj dækningsgrad og en COP, der ligger en del over den faktor på 2,5 som elforbrug korrigeres med. I eksisterende huse er en kritisk vurdering af varmefordelingssystemet nødvendig for at sikre tilsvarende gode effektfaktorer.

Luft/luft-varmepumpe suppleret med direkte elvarme til rum og brugsvand, således som de traditionelt installeres, vil normalt ikke være en mulighed – på trods af den væsentlige forbedring af aggregaternes effektivitet, der er sket. Forbruget af direkte elvarme til den resterende rumopvarmning samt varmt brugsvand vil være for stort. I eksisterende huse repræsenterer luft/luft-varmepumperne en kosteffektiv løsning til fortrængning af direkte elvarme. Det forventes at der til boliger under BR2006 samt de kommende stramninger, vil udvikles nye varmepumpetyper, til effektiv håndtering af disse små varmebehov til rum og brugsvand samt ventilation.

Den eksperimentelle undersøgelse giver anledning til følgende del-konklusioner, hvor data er henført til normalåret:

Jordvarmepumper

Jordvarmepumper – væske/vand-VP - installeret i 3 nyere huse har resulteret i specifikke elforbrug til opvarmning af rum og brugsvand fra 27 kWh/m² pr. år til 44 kWh/m² pr. år.

Med reference til de anførte kommentarer for de enkelte huse, er det realistisk at forvente et specifikt forbrug i intervallet 25–30 kWh/m² pr. for moderne jordvarmepumper installeret i huse med en varmetabsramme på maks. 95 kWh/m² pr. år svarende til BR95.

Årsmiddeleffektfaktoren for jordvarmepumpe incl pumpe på kold og varm side har ligget i intervallet 3,2–3,4 hvilket formodes at være repræsentativt for dagens standard. Der er ikke i praksis behov for tilskudsvarme i normalåret. 

Luft-vand varmepumper

Luft-vand varmepumper – optræder kun med en enkelt installation i et hus fra 1965. Det specifikke energiforbrug er derfor forholdsvis højt og kan ikke direkte sammenlignes med tallene for jordvarmepumperne. Til gengæld har der været lejlighed til at udføre målinger på såvel standardudgaven som 2 modificerede anlæg. 

Det specifikke elforbrug til opvarmning af rum og brugsvand har udgjort:

• 49 kWh/m² pr. år luft-vand VP med stempelkompressor og on/off drift.
• 52 kWh/m² pr. år luft-vand VP med stempelkompressor og frekvensomformer.
• 58 kWh/m² pr. år luft-vand VP med scrollkompressor og frekvensomformer.

Den anvendte reguleringsstrategi med frekvensomformeren – specielt omkring afrimningsfunktionen og ventilatordriften – samt scrollkompressortypen har medført en forringet driftsøkonomi i dette tilfælde.

Årsmiddeleffektfaktoren for standard luftvarmepumpe incl ventilator/pumpe på kold/varm side har ligget på 2,9 og incl. tilskudsvarme fra elpatron falder den til 2,8. Analyse af prøvningsresultater fra Danmark og Sverige peger på værdier i intervallet 2,8–3,2 som værende repræsentativt for dagens standard (incl. tilskudsvarme).

Luft/luft-varmepumper

Luft/luft-varmepumper optræder dels i en gruppe med 25 elopvarmede huse, dels med enkelt installation, hvor en ældre luft/luft-VP er udskiftet til 2 nye. 

Det specifikke elforbrug til opvarmning af rum har udgjort:

• 66 kWh/m² pr. år for de 5 huse med VP (i gruppen af 25 elopvarmede huse).

Ved et typisk brugsvandsbehov på 12 kWh/m² pr. år bliver det samlede specifikke forbrug til opvarmning således 78 kWh/m² pr. år i huse med elvandvarmer.

De 5 installationer har i gennemsnit kun reduceret elforbruget til rumopvarmning med 2080 kWh/år. Ved et rumvarmebehov i gennemsnit på 10.000 kWh/år svarer dette til at 1/3 af rumvarmebehovet er dækket af VP, hvilket er en uventet lav dækningsgrad. En høj dækningsgrad (100 %) optræder i huset med 2 nyinstallerede luft/luft-VP samt brugsvands-VP.

Det specifikke elforbrug til opvarmning af rum og brugsvand har her udgjort:

• 42 kWh/m² pr. år i et hus med en energiramme på ca. 120 kWh/m² pr. år.

Årsmiddeleffektfaktoren for luft/luft-varmepumpe incl. ventilator på kold og varm side har det ikke været muligt at måle på de installerede anlæg. Analyse af prøvningsresultater fra Danmark og Sverige peger på værdier i intervallet 3,5-4,0 som værende repræsentativt for den bedre del af dagens aggregater, men det fremgår af prøvningsresultaterne, at der er stor spredning på de testede varmepumpers effektivitet.

Gennemsnitshuset i gruppen af elopvarmede huse har et brugsvandsbehov på 2234 kWh/år (14 kWh/m²) og et rumvarmebehov på 12572 kWh/år (79 kWh/m²). Ved en dækningsgrad på 50 % (der ikke skønnes urealistisk med ét aggregat) fås følgende nøgletal ved en COP på 3,5:

• Rumvarme: 12572*50% +12572*50%/3,5 = 8082 kWh/år (51 kWh/m² pr. år).
• Brugsvand: 2234 kWh/år (14 kWh/m² pr. år).

Det samlede specifikke forbrug til opvarmning udgør således 65 kWh/m² pr. år, hvilket er en reduktion på 30 % i forhold direkte elvarme.

De eksperimentelle anlæg

De eksperimentelle anlæg med jordvarme har været installeret i ældre og renoverede boliger. De specifikke forbrug til al opvarmning er derfor af begrænset værdi, men har ligget på 42 kWh/m² og 56 kWh/m² pr. år.

Årsmiddeleffektfaktoren har ligget på 3,1 hhv 3,7. Årsagerne til den forholdsvis lave værdi på 3,1 er belyst i bilag og skyldes primært kompressorvalg samt hjælpeenergiforbrug. Den forholdsvis høje værdi på 3,7 stammer fra en måleperiode uden brugsvandsproduktion. 

På baggrund af de indhentede erfaringer skønnes det realistisk på nuværende stade, at varmepumper med frekvensomformer kan opnå en årsmiddeleffektor, der er 10–15 % højere end årsmiddeleffektfaktoren for varmepumper med traditionel on/off drift.