Oikein valittu kytkentä­tapa ja kylmä­aine maksimoivat lämpö­pumppu­investoinnin kannat­tavuuden

Lämpöpumppujen hyödyntäminen energiankierrätyksessä lisääntyy tällä hetkellä vauhdilla ja uusia käyttökohteita löytyy kaiken aikaa. Me Fimpecissäkin olemme olleet pelkästään viimeisen vuoden aikana suunnittelemassa ja toteuttamassa todella mielenkiintoisia hankkeita, joissa hyödynnetään lämpöpumpputeknologiaa. Niihin kuuluu energiayhtiöiden lämmöntuotantoa, teollisuuden jäähdytysratkaisuja, aluelämpöratkaisuja, datakeskusten hukkalämmön hyödyntämistä, biokaasulaitosten hukkaenergian kierrätystä sekä uusimpana alueena vihreän vedyn tuotantolaitosten energiankierrätystä, joissa lämpöpumput ovat oleellinen osa prosessia ja tehot suuria.

Hankkeiden ja käyttökohteiden kirjo on siis todella laaja eikä siinä ole mitään ihmeteltävää. Lämpöpumpputeknologia mahdollistaa energiankierrätyksen hyvin erilaisissa ja eri kokoisissa kohteissa. Tämä kohteiden monipuolisuus on tärkeää ottaa huomioon myös valituissa ratkaisuissa, kun pyritään mahdollisimman hyvään hyötysuhteeseen ja mahdollisimman lyhyeen investoinnin takaisinmaksuaikaan.

Kaksi vähemmän yleensä esillä olevaa, mutta tärkeää valintaa lämpöpumppuprojektissa ovat kytkentätapa ja kylmäaine. Molemmat liittyvät kulloisenkin tapauksen lämpötilatasoihin – hankkeen lämmön lähteen eli keruupuolen ja tuotetun lämmön väliseen lämpötilaeroon sekä vaihteluun lämpötilasoissa. Näiden valintojen tärkeys on vain kasvanut laitosten koon kasvaessa ja käyttökohteiden monipuolistuessa.

Lämpötilavaatimus on yksi tärkeä tekijä kytkentätavan valinnassa

Kytkentöjen osalta lämpöpumppuprojekteissa on valittavana useita erilaisia tapoja, kuten rinnankytkentä, sarjaankytkentä, kaskadikyntä joko suoraan kylmäaineilla tai väliaineen välityksellä sekä kaksiastepuristeinen kytkentä. Valinnassa kaikkein tärkein vaikuttava tekijä on edellä mainittu keruu- ja tuottolämpötilan ero.

Rinnankytkentä sopii ratkaisuihin, joissa ei tarvita korkeita lämpötiloja. Tyypillinen esimerkki tällaisesta on aluelämpöverkkoon tuotettu 60-asteista lämpö.

Sarjaankytkentä on hyvä kytkentätapa, kun halutaan päästä korkeampiin lämpötilatasoihin. Se on järkevä tapa esimerkiksi datakeskusten hukkalammön hyödyntämisessä, jossa 20–30-asteen keruulämmöstä tehdään noin 90-asteista lämpöä kaukolämpöverkkoon.

Kaskadikytkennät soveltuvat puolestaan hyvin teollisiin kohteisiin, joissa keruulämpötilat ovat matalia prosessijäähdytyksestä johtuen ja lisäksi lämpötilatasot vaihtelevat. Kaskadikytkennät tarjoavat näissä tapauksissa mahdollisuuden välipiirien hyödyntämiseen.

Kylmäaineissa ollaan siirtymässä luonnollisiin vaihtoehtoihin

Lämpöpumpuissa käytettävien kylmäaineiden osalta eletään jälleen uutta murrosvaihetta, jota ohjailee EU:n F-kaasuasetus. Asetuksella pyritään vähentämään lämpöpumpuissakin käytettävien fluorattujen kasvihuonekaasujen päästöjä ja ohjaamaan käyttämään alhaisemman GWP-arvon (Glowal Warming Potential) kylmäaineita.

Tulilinjalla ovat olleet ennen kaikkea synteettiset kylmäaineet, joista osa on jo kielletty. Tähän luokkaan kuuluvien HFO-kylmäaineiden käyttöä ei ole nykyisessä F-kaasuasetuksessa rajoitettu, mutta tulevaisuudessa F-kaasuasetuksessa tulee luultavasti olemaan rajoituksia myös HFO-kylmäaineille. PFAS-yhdisteiden päästöt tuovat varmasti myös kylmäaineisiin rajoituksia tulevaisuudessa.

Synteettisten kylmäaineiden vaihtoehtoja ovat luonnolliset kylmäaineet, joita ovat muun muassa ammoniakki, hiilidioksidi sekä puhtaat hiilivedyt, kuten butaani ja propaani. Niiden käytölle ei ole asetettu rajoituksia tai kieltoja F-kaasuasetuksessa. Haittapuolena on kuitenkin puhtaiden hiilivetyjen paloherkkyys ja ammoniakin myrkyllisyys. Osin tästä syystä hiilivetyjen käyttö on ollut vähäisempää, mutta lisääntynyt viime aikoina ainakin ulkoasenteisissa laitteissa. Uusia vaihtoehtojakin kehitetään etenkin teollisiin ratkaisuihin, ja joissakin tapauksissa voisi olla mahdollista, että kylmäaineena käytetään vettä.

Oma kantani on, että lämpöpumppuhankkeessa ei kannata jäädä etukäteen kiinni yhteen kylmäainevaihtoehtoon, vaan ottaa huomioon lämpöpumpun koko- ja teholuokka ja tehdä ratkaisu sen perusteella. Samoin kannattaa varautua tulevaisuuteen ja valita laitos, jossa käytetään luonnollisia kylmäaineita. Omissa projekteissamme suosittelemme ja pyrimme valitsemaan aina sellaisen vaihtoehdon, jonka ympäristökuormitus on mahdollisimman vähäinen ja GWP-arvo on alhainen tai nolla.

Ammoniakki on usein hyvä vaihtoehto kylmäaineeksi etenkin suuremmissa kokoluokissa ja tietyillä lämpötila-alueilla. Sen hyötysuhde on erittäin hyvä, ja pienillä täytöksillä pystytään toteuttamaan hyviä kokonaisuuksia. Ympäristökuormituksen näkökulmasta ammoniakin GWP-arvo on aina nolla eikä sillä ole kasvihuonekaasuvaikutusta pitkälläkään aikavälillä. Teollisissa ratkaisuissa se on nykyään suosituin vaihtoehto hyvän hyötysuhteen ja oikealla huollolla saavutetun pitkän elinkaaren takia.

Se on kuitenkin muistettava, että ammoniakki on myrkyllinen kaasu. Siksi turvallisuudesta on pidettävä huolta, otettava huomioon lait ja asetukset, standardien määritykset sekä turvalaitteistot, kuten vuodonilmaisimet, hätätuuletus ja mahdollisesti tarvittavat sprinklerilaitteistot. Myrkyllisyydestä aiheutuvaa riskiä pienentää se, että ammoniakki liukenee hyvin veteen, joten vuototilanteessakin sen pääsy ympäristöön on mahdollista estää.

Kehittyvien energiajärjestelmien osaajien ja osaamisen tarve kasvaa, oppilaitosyhteistyö on tärkeää

Oikean kylmäaineen ja kytkentätavan valinta ovat hyviä esimerkkejä siitä osaamisesta, jota etenkin suuremman mittakaavan lämpöpumppuprojekteissa tarvitaan. Tälle osaamiselle ja osaajille on tulevaisuudessa lisääntyvässä määrin kysyntää – myös meillä Fimpecissä.

Siksi haluamme osaltamme edistää tämän osaamisen kehittymistä ja teemme vahvaa oppilaitosyhteistyötä eri korkeakoulujen kanssa. Tarjoamme niille vierailijaluentoja kehittyvistä energiajärjestelmistä, joiden tärkeä osa lämpöpumpputeknologia on. Samoin asiantuntijamme ohjaavat alaan liittyviä opinnäytetöitä. Kannattaa olla yhteydessä.

Lisätietoja

Mika Siekkinen, Manager, Energy Recycling Solutions
Fimpec, Energy Expert Services
p. 040 416 6610, mika.siekkinen(at)fimpec.com

Palaa uutisiin