Af Thomas Ravnshøj Johansen
Jeg hedder Thomas Ravnshøj Johansen. I januar 2015 afleverede jeg mit afgangsprojekt som maskiningeniør, med specialisering inden for energi. Projektet handlede om varmepumper til arktiske forhold.
Teknologien udmærker sig ved at bruge elektricitet som energikilde til at drive kompressoren, og omdanner varmeenergi fra en lav temperatur til varmeenergi ved høj temperatur.
Dette foregår ved en proces, hvor der flyder en væske/gas i en kreds i varmepumpen, se figur
.Varmepumpen består helt simpelt af fire dele for at kunne fungere. En kompressor, en kondensator, en ekspansionsventil og en fordamper. Væsken/gassen flyder i et kredsløb i varmepumpen, som består af de fire dele og rør som forbinder dem. Kompressoren er en maskine, som komprimerer gassen fra lavt tryk til højt tryk. Kondensatoren og fordamperen er varmevekslere, hvor to strømninger udveksler varme med hinanden. Ekspansionsventilen er udformet, så den kan reducere trykket fra højt til lavt.
Varmepumpen udnytter principper fra de fysiske love om termodynamik, der siger at varme altid går fra varmt til koldt, aldrig omvendt, så længe der ikke udføres andet arbejde på det.
I fordamperen (punkt 2) optager varmepumpen varme fra en varmekilde (punkt 1), ved at væsken i varmepumpen gøres koldere end varmekilden. På denne måde optages energi i varmepumpen. Ved samme proces omdannes væsken til gas. Kompressoren (punkt 3) udfører et arbejde på denne gas, som gør at det får en høj temperatur. Denne gas kan nu afgive sin varme i kondensatoren til f.eks. radiatorsystemet i et hus. Under denne varmeafgivelse omdannes gassen til væske igen. For at væsken kan få en lav temperatur igen, så der kan optages varme i fordamperen, bruges en ekspansionsventil (punkt 4), som ændrer trykket i væsken, hvilket giver en temperaturændring.
Det er i hovedtræk, hvordan varmepumper fungerer. Varmekilden kan være meget forskellig, luft, hav eller spildvarme, samtidig med at størrelsen og formålet med den varme, varmepumpen laver kan variere meget.
En varmepumpe er velkendt teknologi i Danmark og bruges i mange husstande som supplement til husets opvarmning, eller i større skala til at udnytte spildvarme i industrien. Teknologien er ikke så velkendt i Grønland, endnu, men dette ændrer sig forhåbentlig i fremtiden.
I Grønland er der inden for de seneste år bygget vandkraftværker, som forsyner de største byer med el. Nuuk, Sisimiut, Ilulissat, Qaqortoq, Narssaq og Tasiilaq er alle forsynet med el fra vandkraftværker og dermed er op til 80% af Grønlands energibehov nu dækket af vandkraft.
Før vandkraftværkerne importerede man meget olie og andet fossilt brændstof til at lave elektricitet og varme. Dette er man blevet mindre afhængig af, da elektriciteten nu primært kommer fra vandkraft. Man bruger stadig olie til at varme mange steder, især enkelthusstande, hvor der ikke er mulighed for fjernvarme.
Varmepumper er kun drevet af elektricitet, og kan dimensioneres til at hive energi ud af luften, som i varmepumpen kan laves om til varme i huset, og derfor er i stand til at give et væsentligt bidrag til det årlige varmeforbrug i huset, samtidig med at det forurener mindre, når elektriciteten kommer fra vandkraft.
Fjernvarme har man typisk ved lejlighedsbygninger og andre større bygninger, såsom butikker og offentlige bygninger. Varmen til fjernvarme blev før i tiden lavet på forbrændingsanlæg og varmeværker. Med elektricitet fra vandkraft er man mange steder begyndt at bruge el direkte, til at opvarme det vand, der leverer fjernvarmen, ligesom i den elkedel der står på køkkenbordet. Det er en meget ineffektiv måde at lave varme til fjernvarme. En elkedel laver varme fra el 1 til 1, mens en varmepumpe kan lave varme fra el 3 til 4 gange mere effektivt, afhængigt af forholdene. Her kunne det være en mulighed at lave varmepumper i stor skala, som kan hive energi fra havet og lave det om til varme som kan anvendes i fjernvarme nettet, eller til industrien.
Mange steder i Danmark har man erfaring med varmepumper i både lille og stor skala, fra enkelthusstande til kæmpe varmepumper i industrien, hvor man udnytter spildvarme.
Teknologien har et kæmpe potentiale, og er en langt mere effektiv måde at udnytte sin elektricitet på, til at producere varme. Samtidig er teknologien miljøvenlig, når elektriciteten kommer fra kilder som vandkraft eller vindmøller i stedet for kraftværker som bruger fossile brændsler.
De grønlandske forhold og ekstreme temperaturer i sammenligning med det danske klima, sætter nogle hårdere udfordringer for varmepumperne, som gør at de er mindre effektive end under et mildere klima. Mit projekt handlede blandt andet om, at undersøge hvorvidt det kunne betale sig, økonomisk, at anvende varmepumper til opvarmning under grønlandske forhold. Jeg undersøgte både varmepumper, som anvender luft som varmekilde og en varmepumpe, som anvender havet som varmekilde. Projektet var en lille del af et større projekt, som DTU deltager i, sammen md universiteter, organisationer og virksomheder på tværs af Grønland, Danmark, Norge, Island og Færøerne.
I sammenligning med prisen for elvarme, fjernvarme og literprisen for olie, kunne varmepumper klart betale sig som alternativ, hvilket gør teknologien særdeles attraktiv, både økonomisk og med hensyn til miljøet. Der er nogle teknologiske udfordringer, som stadig skal afklares, ved at stille testanlæg op, så der kan skaffes data, hvilket bliver næste del, der skal arbejdes med i projektet.