Artiklar

Erfarenheter från fältutvärdering av bergvärmepumpar

2007-05-14

SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut har på uppdrag av Energimyndigheten och Konsumentverket genomfört en undersökning på bergvärmepumpar i fält med syfte att avgöra deras effektivitet samt ägarnas erfarenheter. Undersökningen genomfördes under perioden 2002–2004 och var främst inriktad mot mindre anläggningar för enfamiljshus.

Sammantaget visar undersökningen att installation av bergvärme har goda förutsättningar att lyckas med relativt problemfri drift och god besparing.

Undersökningens första del utgjordes av en enkät som innefattade drygt 450 slumpvis utvalda hushåll runt om i Sverige som installerat bergvärme under perioden 1996–2003. Den totala svarsfrekvensen låg på ungefär 56% motsvarande 251 besvarade enkäter. Bland enkätsvaren valdes 25 medverkande i västra Götaland ut för besök under vilket en intervju genomfördes som mer i detalj behandlade anläggningsägarnas erfarenheter samtidigt som en okulär besiktning av systemet genomfördes. I undersökningens slutliga fas följdes fem system under 12 månader varvid mätningar utfördes med huvudsakligt syfte att avgöra anläggningarnas effektivitet samt förmåga att klara en längre tids drift.

Nio av tio är nöjda

Ett generellt intryck av undersökningen är att de medverkande är engagerade och intresserade av sina anläggningar, vilket inte minst avspeglas i svarsfrekvensen i enkäten samt i det faktum att nästan nio av tio ville medverka i undersökningens fortsättning. Däremot avslöjades en viss osäkerhet vad gäller handhavande och skötsel av anläggningen, vilket bland annat återspeglades i en motvilja/rädsla att utföra justeringar av reglersystemet på egen hand. En bidragande orsak till detta är att installatören oftast inte går igenom anläggningens funktion tillsammans med ägaren vid avlämnandet, vilket bör vara en självklarhet vid en så pass stor investering. Dessutom uppgav ungefär var fjärde medverkande att drift- och skötselinstruktionerna var otillfredsställande medan var tredje ansåg att de var svåra att förstå om än tillräckliga vilket ytterligare påvisar behovet av förbättring inom detta område.  

Anledningarna till att man som konsument väljer att installera bergvärme är enligt undersökningen främst en önskan om minskad energikostnad samt ökad komfort, förutom det faktum att en överväldigande majoritet av de medverkande (98%) ändå var i behov av att byta uppvärmningsform. Detta återspeglar den svenska marknaden där utbytesmarknaden är klart störst till skillnad från övriga Europa där nybyggda fastigheter står för den största delen av marknaden. Nio av tio medverkande anser att de har fått sina förväntningar uppfyllda och är därför på det stora hela nöjda. Missnöje kunde som regel spåras tillbaka till misstag begångna under installationsprocessen, eller eventuellt därpå följande service, men ytterst sällan till själva värmepumpen och dess funktion. Orealistiska besparingsberäkningar vid offerering med långt högre uppskattade besparingar än vad som uppnåddes i verkligheten, dålig service etc. är exempel på orsaker till missnöje som framkom i studien.
 

Konvertering vanligast

Den största marknaden för markvärmepumpar i Sverige är som sagt utbytesmarknaden, och ofta då fastigheter byggda före 1980 som är utrustade med olje- eller elpannor. Detta fastighetsbestånd har både för- och nackdelar vad gäller konvertering till bergvärme. En fördel för bergvärmepumpar är att den termiska isoleringen oftast är så pass dålig i dessa hus att energibehovet i hög grad motiverar den relativt höga investeringskostnad som är behäftad med en bergvärmeanläggning. Besparingen som uppnås är proportionell mot energibehovet varför detta inte bör vara allt för litet om en god återbetalningstid för anläggningen ska kunna uppnås. En nackdel är att fastigheterna ofta är utrustade med värmesystem som arbetar vid relativt höga temperaturer vilket inverkar negativt på effektiviteten hos en värmepump. Lyckligtvis är dessa värmesystem i de flesta fall så pass överdimensionerade att en lägre framledningstemperatur kan tillåtas även vid årets kallaste dagar utan att värmeeffekten blir otillräcklig.

Vid konvertering av äldre fastigheter finns det en del att tänka på. En relativt vanlig farhåga är att ventilationen kan komma att försämras som en följd av att den gamla pannan ersätts med en värmepump, då ventilationen i regel utgörs av självdragsventilation och den gamla pannan och murstocken har fungerat som en bidragande komponent i detta system. Rent generellt torde minskad ventilation dock vara ett relativt marginellt problem eftersom äldre hus ofta är så pass otäta att en minskning av ventilationen inte har någon speciellt negativ betydelse för inomhusmiljön, vilket också till viss mån bekräftas av undersökningen. Ungefär en tjugondel av de medverkande rapporterade märkbar påverkan på ventilationen. Storleken av denna påverkan i de enskilda fallen framgick dock inte, men en rekommendation är att man som konsument säkerställer att ventilationen blir tillfredsställande vid konvertering till bergvärme eftersom det finns fall där skadliga effekter på både fastighet och inomhusmiljö har uppkommit. En annan vanlig åtgärd är att den gamla pannans förlustvärme ersätts med en extra radiator eller liknande då pannrummet i regel saknar annan uppvärmningskälla och värmepumpens värmeförluster oftast inte är tillräckliga. Det kanske viktigaste för att uppnå ett lyckat resultat med sin anläggning är dock att systemet dimensioneras korrekt, med vilket menas att värmepump, energibrunn, fastighet etc. är rätt avpassade mot varandra. Detta kräver att konsumenten äger god kunskap om husets energibehov vilket helst bör baseras på ett statistiskt underlag snarare än enbart föregående års förbrukning. Vidare krävs självfallet kompetenta installatörer och korrekta driftdata för värmepumpen under flera olika driftsförhållanden.

Buller - ett problem

Buller från värmepumpen och/eller från värmesystemet är det egentligen enda tydligt urskiljbara problemet som uppkommer vid konvertering enligt undersökningen. Ungefär en tredjedel upplever buller. Man bör dock beakta att hur buller uppfattas, dvs. hur störande det uppfattas, är starkt subjektivt vilket också återspeglas i undersökningen då reaktionerna från de tillfrågade varierar kraftigt.

Det är viktigt att i förväg ha eventuella bullerproblem i åtanke och försöka minimera dessa preventivt så långt det är möjligt, och inte enbart försöka åtgärda i efterhand när problemet redan är ett faktum, då sådana åtgärder i många fall visat sig vara ineffektiva. Även om man vid konvertering till stora delar är begränsad vid valet var värmepumpen ska placeras, eftersom pannrum med alla anslutningar redan är uppförda och konstruktionen av detsamma redan är givet, bör man som konsument och installatör säkerställa att bullerproblem minimeras.
 

Hur effektiv är en bergvärmeanläggning?

Det råder till viss del förvirring kring begreppet värmefaktor. Normalt avser värmefaktorn förhållandet mellan levererad värmeeffekt och upptagen eleffekt vid ett specifikt driftförhållande, dvs. vid en specifik temperatur på köldbäraren och en specifik temperatur på värmebäraren. En värmefaktor som bara avser ett specifikt driftförhållande är dock långt ifrån tillräckligt för att avgöra effektiviteten hos en värmepump annat än under ett begränsat tidsintervall. Driftförhållanden varierar under året och det krävs därför kunskap om värmefaktorn vid ett flertal olika driftsförhållanden för att på ett tillfredsställande sätt kunna avgöra hur effektiv värmepumpen kommer att vara under en längre tids drift. Det är således viktigt att man är väl medveten om vad som avses när man använder och jämför driftdata för värmepumpar och självklart inte minst vid dimensioneringsberäkningar.

I slutändan är dock det mest avgörande hela systemets egenskaper. Dessa styrs inte bara av värmepumpens värmefaktor utan även av övriga komponenter som t.ex. energibrunn, tillsatsvärmeanläggning, hus och värmesystem samt inte minst hur väl dessa komponenter är anpassade till varandra. Eftersom denna fältmätning främst syftade till att utvärdera hela systemets egenskaper snarare än enbart själva värmepumpens används systemårsfaktorn (SPFhs) som ett mått på effektiviteten (ekv. 1). Denna definition tar som sagt hänsyn till hela systemet och är den faktor som direkt kan relateras till den energibesparing som uppnås, varför den i slutändan har störst bärighet vad gäller att beskriva installationens effektivitet.

[1]     

De mätningar som genomfördes omfattade främst tillförd värmemängd till värmesystemet (Q1,RAD) och använd mängd tappvarmvatten i form av värmeenergi (Q1,DHW), tillförd elenergimängd till hela systemet (We,total) samt till tillsatsvärmeanläggningen separat (We,sh), se figur 1. Systemen som ingick var alla belägna inom 5 mils avstånd från Borås och installerade mellan 1996–2003 i fastigheter byggda mellan 1950–70. Distributionssystemen var genomgående radiatorsystem och de årliga värmebehoven uppgick till mellan 18 – 43 MWh/år.
 
Figur 1. Uppmätta storheter - tillförd värmemängd till värmesystemet (Q1,RAD) och använd mängd tappvarmvatten (Q1,DHW), tillförd elenergimängd till hela systemet (We,total) samt till tillsatsvärmeanläggningen separat (We,sh).

För de fem studerade systemen låg den uppmätta systemårsfaktorn inom intervallet 2,4–2,9 med ett genomsnitt på 2,6 för den aktuella mätperioden. För alla anläggningar utom en var detta helt i nivå med vad som offererats och i ett fall var den till och med högre. Figur 2 visar systemårsfaktor samt årsvärmefaktor (ekv. 2) för de ingående systemen. I årsvärmefaktorn ingår inte tillsatsanläggningen men däremot cirkulationspumpar samt övriga förbrukare.

[2]

 


Figur 2. Årsvärmefaktor respektive systemårsfaktor för de system som ingick i årsmätningen (A E). I årsvärmefaktorn ingår inte tillsatsanläggningen men däremot cirkulationspumpar samt övriga förbrukare.

Vad som klart framgår av studien och som dessutom är naturligt är att det krävs ett relativt lågt nyttjande av tillsatsanläggningen för att uppnå en hög systemårsfaktor. Detta är givetvis inte den enda påverkande faktorn men definitiv en av de viktigaste. För system E var energitäckningsgraden (ekv. 3) 90%, sett över hela mätperioden. Trots detta sjönk systemfaktorn, baserad på enskilda månaders drift, som mest med hela 30% under vintermånaderna. För ett liknande system med energitäckningsgraden 94% (A), är denna nedgång inte alls lika markant (ca 15%). System C hade en lägre årsvärmefaktor än de övriga anläggningarna men i gengäld en i det närmaste försumbar andel tillsatsvärme varför systemårsfaktorn ändå hamnade i nivå med de övriga systemen.

[3]

Orsaken till att system E fick en förhållandevis låg systemårsfaktor var en felaktig dimensionering. Energitäckningsgraden kalkylerades till 99% och systemårsfaktorn till 3,3 i förhållande till motsvarande uppmätta värden på 90% respektive 2,4. Detta belyser vikten av en korrekt dimensionering.

Slutsatser

Sammantaget visar undersökningen, och inte minst den höga andelen nöjda anläggningsägare, att installation av en bergvärmeanläggning har goda chanser att bli lyckad med relativt problemfri drift och god energibesparing. En grundförutsättning för att inom en rimlig tid kunna räkna hem en investering i bergvärme med dagens system är dock ett tillräckligt högt energibehov. I annat fall blir den årliga nettobesparingen inte stor nog för att uppväga den kostnad investeringen innebär inom en tillfredsställande tidsram. En annan grundbult är givetvis ett bergvärmesystem som på årsbasis klarar att ge en acceptabel prestanda. Undersökningen visar att dimensioneringen av systemet är den viktigaste faktorn för att installationen ska bli lyckad, då en feldimensionerad värmepump eller energibrunn ger en markant försämring av effektiviteten, och därmed också energibesparingen.

Nomenklatur

SPFhs	Systemårsfaktor
SPFhps	Årsvärmefaktor
Q1,RAD	Avgiven värmemängd till värmesystemet
Q1,DHW	Använd mängd tappvarmvatten i form av termisk energi
Q1,sh	Avgiven värmemängd från tillsatsvärmeanläggningen
Q1,hp	Avgiven värmemängd från värmepumpen
We,total	Total upptagen el-energimängd till bergvärmeanläggningen
We,sh	Upptagen el-energimängd till tillsatsvärmeanläggningen
We,hp	Upptagen el-energimängd till värmepumpen

 


Mattias Stenlund, SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut