Varmepumpesystemer for oppvarming og kjøling av bygninger

Oppvarming og kjøling av bygninger utgjør en betydelig andel av verdens totale energibruk. Høyeffektive elektriske varmepumper utgjør en nøkkelteknologi for å redusere klimagassutslipp fra oppvarming i bygningssektoren. For det første muliggjør den raske innfasingen av varmepumper en fullstendig utfasing av fossile varmekilder. For det andre kan varmepumper, i kombinasjon med energilagringssystemer, bidra til å håndtere variasjoner i produksjonen fra variable fornybare energikilder som sol- og vindkraft. For det tredje vil oppgradering av den eksisterende bygningsmassen til en nullutslippsklar standard legge til rette for at varmepumper kan operere med enda høyere energieffektivitet i dette segmentet.

TEP4260 omhandler varmepumpesystemer for energieffektiv og miljøvennlig oppvarming og kjøling av alle typer bygninger samt installasjoner i fjernvarme- og fjernkjølenett.

1. Introduksjon til varmesentraler basert på varmepumper,
2. Grunnleggende termodynamikk for varmepumper med bl.a tapsanalyse, prosessforbedringer og anleggsdynamikk,
3. Arbeidsmedier,
4. Hovedkomponenter (kompressorer, varmevekslere osv.),
5. Varmekilder- og varmeopptakssystemer,
6. Bygningers effekt- og energibehov til oppvarming og kjøling,
7. Dimensjonering og forming av ulike typer anlegg,
8. Distribusjonssystemer for varme og kjøling,
9. Styring og regulering,
10. Modelering av varmepumpesystemer for bygningsintegrering,
11. Analyse av ulike systemløsninger for boliger, større bygninger og fjernvarme-/fjernkjøleanlegg.

KUNNSKAPER Studenten skal få kunnskap/innsikt i:

1. Introduksjon til ulike varmesentraler basert varmepumper
2. Termodynamikk for varmepumpeprosessen inkl. analyse av ulike varmepumpeprosesser i T/s-, T/h og p/h-diagrammer.
3. Termodynamiske, praktiske og miljømessige egenskaper/forhold for arbeidsmedier.
4. Hovedkomponenter (kompressorer, varmevekslere, fordampere, kondensatorer, strupeorganer) i varmepumper.
5. Varmekilder og varmeopptakssystemer inkl. sjøvann, grunnvann, fjell, jord, uteluft, ventilasjonsluft, gråvann og kloakk.
6. Effekt- og energibehov ved oppvarming og kjøling av bygninger.
7. Dimensjonering, oppbygging, styring/regulering av varmepumpeanlegg.
8. Bygningsintegrering av varmepumper ved bruk av simuleringsverktøy
9. Beskrivelsen av "state-of-the-art" varmepumpeanlegg

FERDIGHETER Studenten skal bli i stand til å:

1. Gjennomføre beregninger av tilstander, energi og COP av ulike varmepumpesyklus med diagrammer eller simuleringsverktøy (eks. COOLPACK).
2. Gjennomføre beregninger av installert oppvarmings og kjølingkapasitet, effektfaktor (COP) og årsvarmefaktor (SPF) for varmepumpesystemer med analytiske metoder eller simuleringsverktøy (eks. IDA ICE).
3. Dimensjonere varmepumpesystemer på et overordnet nivå, dvs. ikke detaljert dimensjonering av komponenter:
   1. Dimensjonere i forhold til bygningens energibehov.
   2. Dimensjonere for effektive drift ved ulike driftsforhold (eks. dellast).
   3. Dimensjonere for å maksimere energieffektiviteten av varmepumpen aggregat.
4. Foreta enkel investeringsanalyse og lønnsomhetsberegning av varmepumpesystemer.

GENERELL KOMPETANSE Studenten skal få forståelse for:

• Kan anvende holistisk design av oppvarmings- og kjølingssystemer i bygninger med å kombinere bygningens energibehov, system- og komponentsnivåer (eks. varmepumpe aggregat).
• Kan bruke analytiske metoder og simuleringsverktøy for å dimensionere varmepumpesystemer.
• Kan kommunisere og analysere de viktigste teknologiske elementer i en varmepumpeanlegg sammen med resulterende ytelsen (energi, effektfaktor (COP), årsvarmefaktor (SPF) og temperatur).

Forelesninger i klasserom (via Blackboard Collaborate ved behov), regneøvinger og simuleringsøvinger, laboratorieøvinger samt anleggsbesøk. 2/3 av øvinger må leveres innen tidsfristen og godkjennes. Undervisning og øvinger gis på engelsk.