Lämpöpumppujärjestelmät integroidussa kylmä- ja lämpötehon tuotossa

Abstract

Tässä työssä tutkittiin lämpöpumppujärjestelmiä, joilla tuotetaan samaan aikaan kylmä- ja lämpötehoa. Höyryn puristus lämpöpumppu on yleisimmin käytetty lämpöpumpputyyppi ja sen pääkomponentit ovat kompressori, lauhdutin, paisuntaventtiili ja höyrystin. Lämpöpumppu tuottaa samaan aikaan kylmätehoa höyrystimellä ja lämpötehoa lauhduttimella. Lämpöpumpun toiminta-arvoihin vaikuttaa valittujen lämpötilatasojen lisäksi voimakkaasti valitun kiertoaineen termodynaamiset ominaisuudet sekä kompressorin painesuhteeseen verrannollinen isentrooppihyötysuhde. Uusissa lämpöpumpuissa käytetään HFC yhdisteitä sekä sekoituksia kiertoaineina, mutta myös luonnolliset aineet, kuten ammoniakki, ovat lupaavia korvikkeita CFC yhdisteille. Sopivia sovelluskohteita kylmä- ja lämpötehon yhteistuotannolle ovat kauppa- ja asuinrakennukset, hotellit, toimistot, elintarviketeollisuus ja -myymälät sekä vierekkäiset jää- ja uimahallit ja hiihtoputket. Kylmä- ja lämpötehon yhteistuotannolla voitaisiin saavuttaa merkittäviä säästöjä ja päästövähennyksiä. Esimerkiksi jäähallien kylmäkoneiden lauhdelämmön hyödyntämisessä olisi Suomessa potentiaalia 6-10 miljoonan euron vuotuisiin säästöihin. Kylmä- ja lämpötehon yhteistuotanto voidaan toteuttaa hyödyntämällä kylmäkoneen lauhdelämpöä toisella lämpöpumpulla. Toinen vaihtoehto on käyttää eri tilojen samanaikaiseen lämmittämiseen ja jäähdyttämiseen HPS lämpöpumppua tai moniyksikköistä lämpöpumppua.

This work studied heat pump systems, which produce heat and cold power. A vapor compression heat pump is the most commonly used type of heat pump and its main components are the compressor, condenser, expansion valve and evaporator. The heat pump produces at the same time cold power at the evaporator and heat power at the condenser. The heat pump operating values are strongly influenced by the selected temperature levels in addition to thermodynamical properties of the selected circulating fluid and the compressors isentropic efficiency which is proportional to compressors pressure ratio. The new heat pumps use HFC compounds and blends as a circulating fluid, but also natural substances such as ammonia, are promising substitutes for CFC compounds. Suitable applications for simultaneous heating and cooling are commercial and residential buildings, hotels, offices, food industry and shops as well as adjacent ice and swimming pools and ski tubes. Simultaneous heating and cooling applications could achieve significant savings and emission reductions. For example, ice rink refrigerators condensate heat recovery potential in Finland would be 6-10 million euros in annual savings. Simultaneous heating and cooling can be implemented by using a refrigerator condensate heat as a heat source for a second heat pump. Another alternative is to use HPS or multi-heat pump for simultaneous heating and cooling of different rooms.