370.03 Kombinert passiv og aktiv mekanisk kjøling
En kombinasjon av aktiv og passiv kjøling er den mest vanlige løsningen for nye større bygg som har varmepumpe. Passiv mekanisk kjøling som er den billigste, brukes mest vår og høst. Aktiv mekanisk kjøling brukes om sommeren.
A Prinsippskisse for vannbårent isvannsanlegg for passiv og/eller aktiv mekanisk kjøling
Figuren viser en prinsippskisse for et typisk isvanns-/kjøleanlegg for passiv og/eller aktiv mekanisk kjøling. Isvannstanken parallellkoples og er et hydraulisk skille mellom kjølemaskin og kjølekurs. Tankens volum bør ikke være mindre enn 15 liter pr. kW kjøleeffekt. Det er vist koblingsmetode for tre ulike kjøleavgivere: kjølebatteri, fancoil og kjølebaffel. Fra veksler (frostfritt plassert) til utvendig tørrkjøler brukes frostvæske, se side 370.05. Resten av anlegget kan bruke vann som medium.
Anlegget kan kjøres på tre ulike måter:
- Passiv mekanisk kjøling: Brukes når bygget har et kjølebehov og utetemperaturen er tilstrekkelig lav til å benytte tørrkjøleren direkte. Kjølemaskinen er da ikke i drift. Dette er typisk aktuelt på våren.
- Aktiv mekanisk kjøling med varmelevering til varmeanlegget: Når passiv mekanisk kjøling ikke er tilstrekkelig, starter kjølemaskinen. Bygget har samtidig et varmebehov og varmen fra kjølemaskinen leveres til varmeanleggets returløp. Kjølemaskinen fungerer da som varmepumpe.
- Aktiv mekanisk kjøling med dumping av varme til uteluft via tørrkjølere: Dersom varmeanlegget ikke har behov for så mye varme som kjølemaskinene leverer, dumpes overskuddsvarmen til uteluft via tørrkjølere. Særlig aktuelt om sommeren.
En kombinasjon av 2 og 3 er også mulig.
B Prinsippskisse av et kombinert kjøle- og varmepumpeanlegg
Prinsippskisse i figuren under viser et anlegg som både er et varmepumpe- og et kjøleanlegg. Varmepumpen dimensjoneres etter det effektbehovet (varme eller kjøling) som er størst. Kjøling gjøres etter de tre måtene som er beskrevet til figur 1. I tillegg kjøres anlegget som varmepumpe med energibrønn og/eller kjøleavgiverne som varmekilde. Se detaljert funksjonsbeskrivelse.
Figur 1. Prinsippskisse av vannbårent isvannsanlegg for passiv og/eller aktiv mekanisk kjøling.
Figur 2. Prinsippskisse av et kombinert kjøle- og varmepumpeanlegg.
Kilde: Vannbaserte oppvarmings og kjølesystemer, David Zijdemans, Skarland Press AS, 2012.
Funksjonsbeskrivelse
VARME: Akkumulatortanken har en innebygd varmeveksler som er en rørspiral (coil). Kaldt tappevann blir forvarmet i varmeveksleren og ettervarmet i en bereder. Akkumulatortanken får dermed to funksjoner; akkumuleringstank for varmepumpen og forvarming av kaldt tappevann. Temperaturen i akkumulatortanken reguleres etter utekompenseringskurve (fyringskurve). Når bygget ikke har varmebehov, kan Ta heves til for eksempel 50 °C (eller hva varmepumpen klarer) for å forvarme kaldt tappevann mest mulig. Varmepumpen er en såkalt væske/vann-varmepumpe som her henter varme fra energibrønn og eventuelt fra kjøleavgiverne.
Sirkulasjonspumpene P3 og P4 er i drift samtidig som varmepumpen, mens P1 starter når temperaturen synker til for eksempel 8 °C. Selv om Ta er utekompensert og/eller varmeavgiverne er mengderegulert, bør det brukes treveisventil mot varmeavgiverne. Dette fordi Ta kan bli høyere enn varmeavgivernes behov som skyldes aktiv kjøling eller sommerdrift med høy Ta.
Treveisventilen mot varmeavgiverne bør være utekompensert etter eventuelt samme kurve som den som Ta reguleres etter.
KJØLING: Når temperaturen TROM stiger over en bestemt temperatur, for eksempel 24 °C, starter sirkulasjonspumpen P2 slik at kjøleavgiver(ne) tilføres kald, frostsikker væske. Eventuelt kan det benyttes en varmeveksler for å separere den frostutsatte kursen. Kald væske hentes fra isvannstanken som holder temperaturen Ti. Oppvarmet væske fra kjøleavgiver(ne) går tilbake til isvannstanken via varmepumpen. Varmen leveres til varmepumpen først.
Dersom varmepumpen ikke er i drift, og det er for stort trykktap i P3, kan pumpen tvangskjøres ved kjølebehov. Dersom Ti stiger til høyere temperatur enn tillatt for å tilfredsstille kjølebehovet, starter sirkulasjonspumpen P1. Dette kan være ved for eksempel 12 °C. Da ledes varmen til energibrønnen. Dette er fortsatt passiv kjøling, men om gjennomsnittstemperaturen i energibrønnen stiger, det vil si om varmen kan hentes opp igjen, er avhengig av grunnvannsgjennomstrømningen i borehullet. Dersom Ti fortsatt stiger, det vil si at passiv kjøling ikke er tilstrekkelig, vil varmepumpen tvangskjøres til aktiv kjøling.
Varme som leveres fra varmepumpen ved aktiv kjøling utnyttes først til å forvarme tappevann og til å dekke et eventuelt romvarmebehov. Dersom bygget ikke har et varmebehov, vil Ta stige ved aktiv kjøling. Dersom temperaturen inn på varmepumpens kondensator Tk stiger over en bestemt temperatur, for eksempel 55 °C, vil sirkulasjonspumpen P5 starte. Varme ledes til energibrønnen, fordi bygget som helhet har et varmeoverskudd og passiv kjøling er ikke tilstrekkelig. Det er viktig at P1 stanses når temperaturen fra energibrønnen er høyere enn Ti. Alternativt kan P1 stanse når P5 starter.