Maalämpöpumpun mitoitusjärjestelmän kehittäminen

Abstract

Työn tavoitteena oli kehittää maalämpöpumppujärjestelmään kuuluvien komponenttien mitoitusta.

Työ tehtiin Alufer Oy nimiselle yritykselle, joka on työskennellyt jo kolme vuotta maalämpöpumppujärjestelmän tuotekehityksen parissa. Maalämpöpumppujärjestelmä tullaan suunnittelemaan mahdollisimman suorituskykyiseksi ja joustavaksi. Suunnittelun lähtökohtana on, että lämmitysjärjestelmä on ns. matalalämpö-järjestelmä, joka käytännössä usein toteutetaan lattialämmityksenä.

Ensimmäiseksi työssä on selvitetty mitä maalämpö on ja mitkä ovat yleisimmät maalämpöpumppujärjestelmän lämmönkeruuputkistojen asennustavat. Tällä hetkellä käytössä on joko vaakaan (maa, vesi) tai pystyyn asennettava lämmönkeruuputkisto (porakaivo).

Seuraavaksi työssä on lähdetty selvittämään maalämpöpumppumarkkinoita Suomessa sekä selvitetty kolmen suurimman valmistajan Geopro Systemsin, Suomen Lämpöpumpputekniikan ja Ekowellin tuotteita sekä tekniikkaa. Työssä selvitetään myös muutamien Eurooppalaisten maiden markkinat.

Mitoitusjärjestelmässä tarkastelu on aloitettu uudisrakennuksen lämmitystehon tarpeesta ja käyttöveden lämmityksen tarvitsemasta tehosta. Tarvittavan lämmitysenergian perusteella määriteltiin lämpöpumppujärjestelmään kuuluvat komponentit. Maalämpöpumppujärjestelmä koostuu seuraavista pääkomponenteista: höyrystin, kompressori, lauhdutin ja paisuntaventtiili. Höyrystimen tehon mitoituksessa on huomioitu lämmönkeruuputkistossa kulkevan nesteen aineominaisuudet, massavirta ja lämpötilaero höyrystimen nesteen ulostulon sekä sisään menon välillä. Kompressorin teho on määritetty valitun kylmäaineen (R407C) lg p-h piirroksesta tai määritetty teoreettisesti kompressorivalmistajien omista valintaohjelmista. Lauhduttimen teho on määritelty höyrystimen sekä kompressorin tehon summasta. Samalla määräytyy myös uudisrakennuksen lämmitystehontarve.

Lopuksi työssä on käsitelty maalämpöpumppujärjestelmän kehitysmahdollisuuksia. Vaihtoehtoina on huomioitu tulistin, alijäähdytin ja varaaja, joilla voidaan huomattavasti parantaa maalämpöpumpun lämpökerrointa.

The goal of the thesis was to develop measuring of components belong to the ground heat pump systems.

The thesis was made to Alufer Oy, which has worked in the field of developing and designing ground heat pump systems. In the thesis the ground heat pump system is planned to design as efficient and flexible as possible. The starting-point of the planning is that the heating system is so called low heat system which in practice has often been realized as a floor heating.

For first in the thesis is explained what ground heat is and which ways are most common in assembly of the pipes in collecting the ground heat. At the moment is used either horizontally (in ground or water) or vertically (in a deep well) assemblyed pipes.

The second phase in the thesis was to make clear the ground heat pump systems market situation in Finland, and to examine more closely the products and technology of the three biggest manufacturer in Finland which are Geopro Systems, Suomen Lämpöpumpputekniikka and Ekowell. In the thesis is examined as well market situations in some other european countries.

The examining of the measuring system is beginned from the need of power in heating and in heating of water in recently built houses. In the basis of the needed power was subscribed the components belong to ground heat pump system. The main components of ground heat pump system are the evaporator, the compressor, the condenser and the expansion valve. In the measuring of the power of ground heat pump system is noticed the material properties, the massflow of the liquid and also the difference of temperature in the liquid in between the input and output in the evaporator. The power of compressor is defined trough chosen cold subjects (R407C) lg p-h-drawing and on the other hand trough compressor manufacturers own software. The power of the condenser is defined with sum of the power of evaporator and compressor. The needed power to the recently built house is same as the power of condenser.

In the end of the thesis is handled the possible developing directions of the ground heat pump systems. As possible alternatives is noticed the superheater, the subcooler and the hot water tank, which all can significantly increase the heat value of ground heat pump.