ENERGIOPTIMERET SVØMMEBAD

Transkript

1 ENERGIOPTIMERET SVØMMEBAD Januar 2010 Svend V. Pedersen, Teknologisk Institut Energi og Klima Center for Køle- og Varmepumpeteknik

2 INDHOLDSFORTEGNELSE Indledning... 3 Beskrivelse af udgangspunkt for projektet... 4 Opsummering af projektets resultater... 5 Fastlæggelse af hal, Svømmehal, bruserum og andre bade... 6 Beskrivelse af de 3 scenarier... 6 Fastlæggelse af rammer for svømmehallen... 6 Estimering af energibehov... 8 Beskrivelse af normtal for svømmehaller... 8 Beskrivelse af fordeling af forbrug for de 3 scenarier Detaljeret Beskrivelse af energifordeling samt besparelser ved optimering Beskrivelse af model til udregning af døgn- og månedsvariationer Oplæg til energikilder og deres integrering i bygningen beskrivelse af mulige teknologier Beskrivelse af muligheder for integrering konceptudformning Case 1: Svømmehal Case 2: Svømmehal + Hal Case 3: Svømmehal + Hal + Højskole Case 4: Svømmehal/Hal/Højskole samt energilevering til Hou Kraftvarmeværk afdækning af muligheder for samspil med fjernvarmeværket Produktion og styring i praksis Afgiftsregler: Elprisen Varmepumper Afgifter Produktion af varme ved storforbrugere Produktion af varme ved fjernvarmeværket muligheder for storforbrugere af fjernvarme for at producere varme til fjernvarmenettet

3 INDLEDNING I forbindelse med Egmont Højskolens projekt Bevæg-Befri-Beløn, som omfatter nybygningen af et svømmebad og tilhørende sportshal, er der udarbejdet et energiog miljøoptimeringsprojekt for byggeriet. Projektet har til formål at sikre et meget lavt energiforbrug til rum- og vandopvarmningen af Egmont Højskolens nybyggeri, samt at sikre at energiforbruget bliver så CO 2 neutralt som muligt. Dette skal opnås gennem en høj anvendelse af vedvarende energikilder som solvarme, varmepumper og ved at optimere samspillet med kraftvarmeværket og elforsyningsnettet, således at varmepumpen i samspil med kraftvarmeværket kan bidrage til reguleringen af overløbsel. Det er endvidere et selvstændigt formål at dokumentere den opnåede energireduktion og reducerede miljøbelastning i det færdige byggeri i sammenhæng med det øvrige energiforsyningssystem. Det skal afdækkes, om det er muligt at benytte havvand i svømmehallen, og de mest energioptimale rensningssystemer skal afdækkes og udvælges. Af energioptimeringstiltag arbejdes der med at opvarme svømmehallen ved hjælp af en varmepumpe med havvandsoptag kombineret med solvarme, solceller og andre vedvarende energikilder, samt med tilslutning til det eksisterende kraftvarmeværk. Aktivitetshallen og svømmebadet er gode eksempler på nybyggeri, hvor der anvendes store mængder energi til opvarmning og ventilation, og hvor anvendelsen af ny energiteknologi kan demonstreres. Energioptimeringstiltagene, ideerne og løsningerne herfra søges desuden implementeret på en sådan måde, at de kan benyttes ved optimering af eksisterende svømmehaller og haller. Det skal desuden undersøges, hvorledes der kan laves et optimeret samspil med kraftvarmeværkets produktion af varme og forbruget til Hallen og Svømmebadet. Varmepumpen giver desuden mulighed for, at kraftvarmeværket kan producere fjernvarme af overløbsel. Projektet vil afklare mulighederne for at benytte mellemstore varmepumper til regulering af overløbsel ved større fjernvarmekunder, og om det eventuelt er fordelagtigt at foretage opvarmningen af bade- og lagertanke i lavtarifperioder. Det skal også afdækkes, om det vil være muligt at benytte varmepumpen til produktion til fjernvarmenettet og derved sikre udnyttelsen af overløbsel. Der findes i alt 75 svømmebade i Region Midtjylland, og erfaringerne kan desuden benyttes i forbindelse med etableringen af varmepumpeanlæg til regulering af overløbsel ved andre større fjernvarmekunder. Egmont Højskolen har som mål, at driftsudgifterne til el og varme i hal og svømmebad maksimalt må udgøre kr. årligt. 3

4 BESKRIVELSE AF UDGANGSPUNKT FOR PROJEKTET I ansøgning for projektet blev der regnet med, at der skulle opføres en svømmehal med et bassinareal på 250 m 2, samt at der skulle laves en udvidelse af den eksisterende sportshal med 1022 m 2 og et motionsrum på 232 m 2. I alt ville udvidelsen omfatte 2540 m 2. Energibehovet og driftsudgifterne beskrevet i ansøgningen er baseret på nøgletal for svømmehaller i Danmark, og disse nøgletal er udregnet med baggrund i overfladearealer for bassinerne. Derfor knytter driftsudgifterne sig til svømmehallen, og besparelsespotentialerne er fokuseret på denne. Energiudgiften for driften af svømmehallen må ikke overstige kr. årligt til el og varme. Det er i projektet et mål at reducere CO 2- emissionen fra driften af svømmehallen med 30%, set i forhold til hvis svømmehallen var opført efter tidens standard og med en forsyning af varme fra et gasmotordrevet kraftvarmeværk. For at svømmehallen kan bidrage til at udjævne el-overløb og en svingende el-produktion som konsekvens af en øget el-produktion med vindmøller, er det et mål, at forbruget af energi til opvarmning af svømmebadet kan tilpasses den aktuelle elpris. Mulighederne for benyttelse af varmepumper til regulering af overløbsel ved større fjernvarmekunder skal klarlægges. Erfaringerne fra projektet skal kunne anvendes i andre svømmebadsprojekter herhjemme og i udlandet. 4

5 OPSUMMERING AF PROJEKTETS RESULTATER Målet med projektet er, at den projekterede hal og svømmehal i forbindelse med Egmont Højskolen vil kunne drives med et meget lavt energiforbrug til rum og vandopvarmning, samt at det bliver så CO 2 -neutralt som muligt. Det er et mål, at CO 2 -emissionen ved driften af svømmehallen skal være 30% lavere end traditionel forsyning baseret på fjernvarme fra det nærliggende naturgasfyrede kraftvarmeværk. Ved at benytte varmepumpe kombineret med solvarme vil CO 2 - emissionen være 44,3% lavere end ved forsyning med fjernvarme. Målet er derfor opnået. Energiforsyningen til svømmehal, hal og Højskole er beskrevet i 4 scenarier, hvor der er lavet energi- og miljøregnskab for de enkelte scenarier. Disse scenarier kan danne grundlag og eksempel for andre projekter. Målet med scenarierne er at vise, hvilken forsyning der ud fra en samfundsøkonomisk betragtning er billigst, og som giver den laveste CO 2 -udledning. Der er lavet beregninger for varmepumper og solfanger sammenlignet med fjernvarme. Energiomkostningerne til drift af svømmehallen skulle for svømmehallen være på maksimalt ,- kr. ved en elpris på 1,5 kr/kwh og en fjernvarmepris på 0,74 kr/kwh. Med varmepumpe og solvarme bliver energiomkostningerne til drift af svømmehallen på ,- kr. og dette er med en elpris på 1,7 kr/kwh. I scenarierne er der inkluderet løsninger, som kan bidrage til, at opvarmningen af svømmebadet kan tilpasses den aktuelle elpris. Dette er gjort ved at benytte enten en buffertank eller svømmebassinet som døgnlagringstank. Ved tilslutning til fjernvarmenettet kan fjernvarmeværkets lagertank benyttes som lager. Mulighederne for at benytte mellemstore varmepumper til regulering af overløbsel er beskrevet i økonomi- og miljøberegningerne for scenarierne. Da der i scenarierne er taget udgangspunkt i forskellige energibehov, kan de hver for sig danne eksempel for andre tilsvarende projekter, hvor man vil lave energiforsyning med mellemstore varmepumper og solvarme. 5

6 FASTLÆGGELSE AF HAL, SVØMMEHAL, BRUSERUM OG ANDRE BADE Der blev inden udbud af arkitektkonkurrencen udarbejdet 3 scenarier for opbygning af svømmehallen. BESKRIVELSE AF DE 3 SCENARIER Scenario 1: Scenario 2: Scenario 3: Et traditionelt 12,5 x 25 m bassin samt et ca. 80 m 2 varmtvandsbassin. Bassinerne forudsættes at kunne adskilles via fleksible vægge. Varmtvandsbassinet skal kunne skifte hurtigt mellem 34 og 40 C via buffertank og varmepumpe. Det samlede bruttoareal for svømmehallen er skønnet til 958 m 2. Som scenario 1, med følgende ændringer: Bredden af det traditionelle 25 m bassin er reduceret med 2,5 m. Der forudsættes ikke hurtig temperaturskift i varmtvandsbassinet, hvorfor buffertank og varmepumpe herfor udgår. Det samlede bruttoareal for svømmehallen er reduceret til 808 m 2. Som scenario 2 med følgende ændringer: Det selvstændige varmtvandsbassin inkl. bygning er udeladt, idet 25 m bassinet udføres som et multifunktionelt bassin opdelt med skot. Der etableres buffertanke og varmepumpe for hurtige temperaturskift. Det samlede bruttoareal for svømmehallen er reduceret til 610 m 2. FASTLÆGGELSE AF RAMMER FOR SVØMMEHALLEN Til de videre beregninger er beregningsgrundlaget følgende: Det er besluttet, at vi i projektet arbejder videre med scenarie 3. For scenarie 3 vil der blive opsat 3 sammenligninger: 1: Beregning baseret på normtal for eksisterende svømmehaller. Dette gøres, for at potentialer kan vurderes. 2: Beregning for en normal opbygning. 3: Beregning for en energioptimeret svømmehal. Scenarie 3: Svømmehal Hal Korrigering i ift. grundtegning Bassinareal 250 m 2 +62,5 Svømmesal 610 m m 2 Hal 1446 m m 2 Omklædning + toilet 290 m m 2-29 m 2 Lette områder 314 m m 2 I alt 900 m m m 2 6

7 Ved beregningen af energiforbruget tages der udgangspunkt i arkitekttegninger for svømmehallen, tegnet inden projektets start af Mogens Hansen. 7

8 ESTIMERING AF ENERGIBEHOV BESKRIVELSE AF NORMTAL FOR SVØMMEHALLER Udgangspunktet for udregning af energiforbrug og besparelsespotentialer for svømmehallen er nøgletal for energi- og vandforbrug i svømmehaller fra Disse nøgletal er baseret på en undersøgelse lavet af Teknologisk Institut i 2006, hvor der er indsamlet oplysninger på energi- og vandforbrug i eksisterende svømmehaller. For at kunne sammenligne energiforbruget for den projekterede svømmehal med nøgletallene for eksisterende svømmehaller omregnes energiforbruget til en energiramme pr. m 2 bassinareal. Energirammen er et mål for, hvor meget primærenergi, der benyttes til drift af svømmehallen, og forbruget af el-energi indgår med en faktor 2,5. Årsagen til at elforbruget ganges med en faktor 2,5 er, at man for at producere 1 kwh el skal benytte en indfyret kulmængde svarende til 2,5 kwh. Bassinareal Forbrug Enhed Under 300 Over 300 m 2, m 2 men under 600 m 2 Over 600 m 2 For alle anlæg EL kwh/m bassin/år Varme kwh/m bassin/år Energiramme kwh/m , ,5 bassin/år Vand liter/person/år Nøgletal for svømmehaller fra undersøgelse lavet af Teknologisk Institut i Beregningen for udgangspunktet i Region Midt ansøgningen samt scenarie 3 baseret på normtal for svømmehaller er følgende: Udgangspunkt for ansøgning og scenarie 3: Enhed Oprindeligt oplæg Scenarie 3 Bassinareal m ,5 Varmtvandsbassin m Elforbrug kwh Varmeforbrug kwh kwh Energiramme kwh/m bassin/år Omkostninger el Kr Omkostninger varme Kr Sum Kr Elpris 1,5 kr/kwh. Fjernvarmepris 0,74 kr/kwh. 8

9 Der er lavet en overslagsberegning på, hvad energiforbruget kan reduceres til ved brug af varmepumpe med en effektivitet på 3.5. Målet er, at svømmehallen defineret i ansøgningen, skal kunne drives for kr./år. Enhed Oprindelig oplæg med varmepumpe Scenarie 3 med varmepumpe Mål for oprindelig oplæg Bassinareal m Varmtvandsbassin m Elforbrug kwh Varmeforbrug kwh kwh Elforbrug i alt kwh Energiramme/m 2 kwh/ overfladeareal m 2 Omkostninger el Kr Omkostninger /m 2 Kr/ m overfladeareal Sum Kr Elpris 1,5 kr/kwh, fjernvarmepris 0,74 kr/kwh, varmepumpeeffektivitet 3,5. For at omkostningsmålet på de kr./år kan nås, baseret ud fra det oprindelige oplæg med et bassin på 250 m 2, skal det samlede elforbrug inkl. forbrug til opvarmning, reduceres fra kwh til kwh. Dette svarer til en reduktion på 21 % på det samlede elforbrug inkl. forbrug til varmepumpe. Dette svarer til, at målet er en energiramme, der ikke overstiger kwh/m 2 bassinareal. Omkostningsmæssigt er målet at lave en omkostningsreduktion fra kr. til kr., hvilket svarer til en omkostningsreduktion på 39%. Baggrunden for, at målet for energireduktionen baseres på en energiramme i kwh/m2 bassinareal, er, at bassinarealet er ændret i forhold til det oprindelige projekt. 9

10 BESKRIVELSE AF FORDELING AF FORBRUG FOR DE 3 SCENARIER Der er ved Teknologisk Institut lavet en undersøgelse af svømmehallers normale fordeling af varmeenergi og el-energi. Fordeling baseret på normtal: Normalfordeling Varme Normalfordeling El % kwh % kwh Bassinvand Belysning Ventilation servicebygning Sauna Ventilation Svømmehal Diverse Øvrig opvarmning Ventilation Diverse Varmeanlæg Bruservand Vandbehandling Total Total Fordelingen af varme og elforbrug for en svømmehal med 312 m 2 bassinareal baseret på normal fordeling af forbrug for svømmehaller, med baggrund i undersøgelse fra Teknologisk Institut

11 DETALJERET BESKRIVELSE AF ENERGI- FORDELING SAMT BESPARELSER VED OPTIMERING Der er lavet en beregning for svømmehallen, hvor energiforbruget er beregnet mere detaljeret. Beregningen er baseret på en traditionel udførelse af en svømmehal lavet efter dagens byggestandard, samt for en energioptimeret svømmehal. Beregningerne for svømmehallen er lavet af Rambøll og Søren Jensen. Varmebehov: Varmeforbrug Traditionel Optimeret Uden afdækning Med afdækning Tab Scenarie 3 Scenarie 3 MWh MWh Bassinrum, 2-lags energirude 61 Bassinrum, 3-lags energirude 41 Bade- og omklædningsrum Infiltration ved undertryk Kombinationsbassin Ventilation, opvarmning af friskluft Kombinationsbassin Ventilation, omklædning, traditionel 33 Ventilation, omklædning, roterende 19 Varmt brugsvand Spædevand bassiner, traditionelt 6 Spædevand bassiner, havvand (genvinding) 1 Spædevand efter filterskyl, traditionel 88 Spædevand efter filterskyl, havvand genvinding 13 Fordampning Varmetab fra tank 1 1 Øvrige uspecificerede forbrug Sum Tilskud Genvinding fra bruservand 30% 9 Varmepumpe til temperaturændring Pumper på vandbehandlingsanlæg, traditionelt 98 Pumper på vandbehandlingsanlæg, optimerede 66 Saunaer, traditionelt 50 Saunaer med sluse 40 Sum SUM

12 Varmebehov fordelt på forbrugskilder. Elforbrug: Elforbrug Traditionel Optimeret Uden Med afdækning afdækning Forbrug Scenarie 3 Scenarie 3 MWh MWh Belysning, traditionel 30 Belysning, dagslysstyring mv. 14 Ventilation, svømmehal Ventilation omklædning 3 2 Ventilation kælder Varme og brugsvand 2 2 Varmepumpe for hævning/sænkning af bassintemperatur Pumper på vandbehandlingsanlæg, traditionelle 98 Pumper på vandbehandlingsanlæg, optimerede 66 Pumper på havvandsanlæg 3 Saunaer, traditionel 50 Saunaer med sluse 40 Øvrigt uspecificeret forbrug Sum Elforbrug fordelt på forbrugskilder. Norm Traditionel 2008 Uden afdækning Svømmehalstype Optimeret 2008 Med afdækning Optimeret 2008 Med afdækning +VP Reduktion ift. norm Normalfordeling Varme % MWh MWh MWh MWh % Bassinvand 10 61, ,2 Ventilation servicebygning 10 61, ,1 Ventilation svømmehal , ,2 Øvrig opvarmning 10 61, ,7 Diverse 5 30, ,0 Bruservand , ,6 Total , ,0 Fordeling af varmeforbrug, sammenlignet med forbruget for en normal svømmehal. 12

13 Normalfordeling El Norm Traditionel 2008 Uden afdækning SVØMMEHALSTYPE Optimeret 2008 Med afdækning Optimeret 2008 Med afdækning +VP % MWh MWh MWh MWh % Reduktion ift. Norm Belysning 20 48, ,1 Sauna 20 48, ,5 Diverse 5 12, ,7 Ventilation 20 48, ,6 Varmeanlæg 5 12, ,2 Vandbehandling 30 72, ,2 Varmepumpe 60 Total , ,1 Energiramme kwh/m 2 /år , ,1 Dette svarer til, at energirammen for den optimerede svømmehal med varme forsynet fra varmepumpe er 2104 kwh/m 2 /år, hvilket svarer til en reduktion på 46,1 % i forhold til en gennemsnitlig dansk svømmehal. Det vil sige, at projektets mål med at opfylde en energiramme på 2667 kwh/m 2 /år er opfyldt. Beskrivelse af CO 2 -udledningen For den beskrevne svømmehal opført efter 2008 standard vil CO 2 -udledningen være følgende: CO 2 -udledning fra forbruget af el er kg/år og CO 2 -udledningen fra opvarmning med fjernvarme er ,7 kg/år. I alt ,7 kg/år. Såfremt svømmehallen opføres efter 2008 standard og energioptimeret samt med varmepumpe vil CO 2 -udledningen være på kg/år. Dette svarer til en reduktion på 38,1%. Det var i projektet et mål at mindske reduktionen af CO 2 med 30% i forhold til en traditionel svømmehal forsynet med fjernvarme. 13

14 BESKRIVELSE AF MODEL TIL UDREGNING AF DØGN- OG MÅNEDSVARIATIONER Månedsvariationer for varmeforbruget udregnes ved hjælp af BE06 beregningsprogrammet. Resultaterne fra BE06 benyttes som fordelingsnøgle for månedsvariationerne på de forbrugskilder, der ikke er konstante. Ved beregningen af energiforbruget tages der udgangspunkt i arkitekttegninger for svømmehallen, tegnet inden projektets start af Mogens Hansen. 14

15 OPLÆG TIL ENERGIKILDER OG DERES INTEGRERING I BYGNINGEN BESKRIVELSE AF MULIGE TEKNOLOGIER Varmepumpe Beskrivelse: Løsningsmuligheder: En varmepumpe er en af de energiforsyningsformer, der har været meget fokus på i forbindelse med at gennemføre omkostningsbesparelser på driften af svømmehallen. 1: En varmepumpe, der kun dækker svømmehallens og evt. hallens behov for varme. En sådan varmepumpe vil have en størrelse på omkring 60 kw. Der vil kunne vælges en standardvarmepumpe. Som optagersystem kan vælges enten havvandsoptag eller luft- eller jordslanger. Da temperaturniveauet for hal og svømmebad er relativ lavt, vil driften af varmepumpen kunne ske med en effektfaktor, der er højere end 3,5 på årsbasis. 2: En varmepumpe, som dækker svømmehallens og hallens samt Højskolens behov, men som også kan benyttes til levering af varme til fjernvarmenettet. Der vil da være behov for en varmepumpe på mindst 250 kw. Desuden skal varmepumpen kunne levere varme med en fremløbstemperatur på mindst 70 C. Barrierer: 1: Der er tilslutningspligt til fjernvarme, men denne kan evt. omgås, da der ikke er aftagepligt. Højskolen er i forvejen tilsluttet fjernvarmenettet og er stor aftager af fjernvarme. Teknisk er varmepumperne kendt teknologi. Dog er der udfordringer i forbindelse med havvandsoptageren. 2: Der skal laves et samarbejde med fjernvarmeværket omkring driften og levering til fjernvarmenettet. Det skal afklares, om det skal være Højskolen, der skal være producent, eller om det skal være fjernvarmeværket. Teknisk skal der vælges en løsning, som kan operere med fremløbstemperaturer på mindst 70 C både af hensyn til fjernvarme fremløbstemperaturen samt af hensyn til, at skolen er opvarmet med radiatorer, som kræver en høj fremløbstemperatur. Døgnlagring Beskrivelse: Døgnlagring kan benyttes på flere måder, enten til at producere varme med varmepumpen om natten, hvor der er lavtarif strøm, eller til at gemme solvarme fra dag- til nattetimer. Lageret skal have kapacitet til at hæve temperaturen til 36 C for bassinet, når det skal bruges til varmtvandsbassin. Bassinet har et areal på 250m 2, og regnes der med en gennemsnitlig vanddybde på 1,5 m, svarer det til et volumen på 375 m 3. Den normale bassintemperatur vil være 27 C. Det svarer til, at bassinet har en lagringseffekt på 435,4166 kwh/k. For at kunne hæve temperaturen med 9 K til varmtvandsbassin i hele badet, kræves derfor en lagerkapacitet svarende til 3,9 MWh. 15

16 Det svarer faktisk til 4,5 dages varmebehov for svømmebadet i vinterperioden og til 15,5 dages varmebehov i sommerperioden. Løsningsmuligheder: A: Opvarmning svømmehal 1: Lageret bruges til produktion af varme om natten med varmepumpe, hvor elprisen er lav. Dette kan evt. gøres uden lager, men ved at hæve bassintemperaturen 1-2 K, og så lade temperaturen falde hen over dagen. 2: Lageret bruges til døgnlager for solvarme, således at solfangerne kan dække svømmehallens behov for varme døgnet rundt i de perioder, hvor der kan produceres med solfanger. Dette kan evt. lade sig gøre ved at hæve bassintemperaturen en smule. B: Opvarmning svømmehal, hal og skole 1: Lageret bruges til produktion af varme om natten med varmepumpen, hvor elprisen er lav. Dette kræver dog et lager på 6,4 MWh. 2: Opvarmning af svømmehal og skole med solvarme om sommeren, kræver et lager på 0,9 MWh, for at der er dækning til nattetimerne. Der er gode muligheder for Højskolen som aftager, når bassinet skal køles fra de 36 C til 27 C. Barrierer: Størrelsen af tanken kan være en barriere både mht. placering og økonomi. Solvarme Beskrivelse: Løsningsmuligheder: Solvarmeanlæg kan benyttes både til rumopvarmning men også til opvarmning af brugsvand. 1: Der kan vælges en løsning, der kan dække svømmehallens og hallens behov for varme om sommeren. 2: Der kan vælges en løsning, der kan dække svømmehallens og skolens behov for varme om sommeren. Generelt er det let at etablere solvarmeanlæg i forbindelse med Højskolen. Solvarmeanlægget kan være en del af den nye svømmehal, men det kan også placeres på Højskolens eksisterende bygninger. Barrierer: Såfremt skolen skal opvarmes med solvarme, kan det være et problem, at der er et gammelt radiatorsystem på skolen, hvilket kræver en høj fremløbstemperatur. Solceller Beskrivelse: Løsningsmuligheder: Barrierer: Solceller vil kunne producere strøm til svømmehallen. Der findes forskellige integrationsmuligheder, herunder integrering i tag samt i vinduespartier. Solceller kan placeres på svømmehallens tag men også på skolens andre tage. På nuværende tidspunkt er prisen og tilbagebetalingstiden en barriere for brugen af solceller. 16

17 Et solcelleanlæg på 10 m 2 producerer årligt typisk 850 kwh, og anlægsprisen er ca kr. Det vil sige, at anlægget ved en elpris på 1,7 kr/kwh producerer for 1445 kr/år. Dette giver en simpel tilbagebetalingstid på 31 år. Men prisen for større anlæg er lavere. BESKRIVELSE AF MULIGHEDER FOR INTEGRERING KONCEPTUDFORMNING Afsnittet er opdelt i 4 cases, hvor case 1 kan benyttes i forbindelse med andre svømmehaller. Case 2 og 3 er lavet specifikt til Egmont Højskolens projekt: Bevæg - befri - beløn. Case 4 kan anvendes som scenarie, hvor Højskolen bliver leverandør af fjernvarme. 17

18 CASE 1: SVØMMEHAL Energibehov: Som grundlag for beregninger er scenarie 3 benyttet, hvilket omfatter et bassin på 250 m 2. Effektbehov: Energibehovet til svømmehallen er udregnet. Varmeforbruget er udregnet til kwh/år, men svinger mellem kwh og kwh pr. måned. Brugsvandsforbruget er sat til at være konstant, da der er regnet med en konstant udnyttelse af svømmehallen. Dette vil dog kunne variere alt efter af antallet af brugere, men ligger i gennemsnit på kwh pr. måned. Elforbruget er også relativt konstant, men vil variere som funktion af belastningen af svømmehallen. 18

19 Det viste effektbehov er inkl. brugsvand. Effektbehovet til brugsvand udjævnet over døgnet udgør 3,35 kw. Beregningen viser, at der er behov for maks. 40 kw ydelse fra varmepumpen, men skal varmepumpen køre med tarifstyring, hvorved driftstiden for varmepumpen halveres til natteperioder, skal varmepumpen være af den dobbelte størrelse for at kunne dække opvarmningsbehovet for hele døgnet. Temperaturniveau: Energilevering Vinter Sommer Total % Temperatur [ C] kwh kwh kwh Brugsvand ,5 Opvarmning Bassin/svømmehal ,5 Vinter: fra oktober til og med april; Sommer: fra maj til og med september. Varmepumpe: Som det ses af ovenstående skema, går hovedparten af varmebehovet til opvarmning af bygningen og bassinet. Bygningen og bassinet kræver et temperaturniveau på maks C ved normaldrift, hvorimod brugsvandsopvarmning typisk skal over 55 C i tanken. Ved brug af varmepumpe er det en fordel, at varmepumpen opererer med så lavt et temperaturniveau som muligt. Det kan derfor være en fordel at adskille opvarmningen til rum og bassin i forhold til opvarmningen af brugsvand. Havvand som kilde: Der er fra starten forudsat, at varmekilden er havvand, hvilket dog stiller krav til, at afkøling af vandet ikke kommer under frysepunktet. Målinger for Århusbugten for månederne januar til december. Vandtemperaturen i Århusbugten varierer fra +2,6 C til 17 C. Frysepunktet varierer fra -1,0 C til -1,3 C som funktion af saltindholdet. Det kan dog godt lade sig gøre at køre med en afkøling af vandet på 3 K fra januar til marts måned, men kommer temperaturen på havvandet under de 2 C, vil det blive svært at køre med varmepumpen. Den gennemsnitlige vandtemperatur over året er 9,0 C. Fra december til januar falder vandtemperaturen fra 7 til 2,6 C. 19

20 Jord som varmekilde: Såfremt der vælges jordslanger som energioptag, vil det kræve et jordareal på mindst 3600 m 2 svarende til 3600 meter jordslange. Fordelen ved en jordslange er, at den er billigere at etablere end havvandsanlægget. Desuden er der ikke noget vedligehold ved jordslangen som varmeoptager. Valg af varmekilde: Effektivitet: Da der i dette tilfælde er tale om et mindre anlæg, vil det det være mest oplagt at vælge et jordvarmeanlæg. Dette skyldes at det etableringsmæssigt og driftsteknisk er et simplere anlæg at opføre og drive. Jordvarmeanlægget har den fordel, at der ikke er vedligehold på jordslangerne, hvorimod det havvandsbaserede anlæg med direkte vandindtag kræver vedligehold af pumper og filtre. Baseret for inddata for Nibe Fighter kw, med R407C som kølemiddel, testet i henhold til EN Vinter Sommer GNS tv/tb Brugsvand 55 3,3 3,3 3,3 Bassin/svømmehal 35 4,4 4,4 4,7 Årseffektivitet: kwh/42275,7 = 4,73 Opvarmningspris: 1,7 kr/kwh / 4,73 Omkostning: = 0,3594 kr/kwh = kr/år Ud fra energileveringen, beskrevet under temperaturniveau, er følgende energioptag beregnet: Nibe Fighter kw. Vinter Sommer Total Temp. C kwh kwh kwh Brugsvand ,8 8787,9 Bassin/svømmehal ,0 7111, , , ,5 Årseffektivitet: kwh/47671,5 = 4,197 Opvarmningspris: 1,7 kr/kwh / 4,197 Omkostning: = 0,405 kr/kwh = kr/år 20

21 Opbygning: Figuren viser anlægget opbygget af parallelkoblede varmepumper. Anlæg: Anlæg af jordslange kan finde sted nær Højskolen i græsplæner, fodboldbaner og andre grønne arealer. Selve varmepumpesystemet kan opstilles i teknikrummet, som etableres i forbindelse med bygning af svømmehallen. Samspil med elnettet, fjernvarme og andre energikilder: Varmepumpen har den fordel, at den kan indkobles om natten og derved producere til en lav eltarif. Varmepumpeanlægget er opbygget således, at det kan levere varmen ved de nødvendige temperaturniveauer. Dette giver den maksimale effektivitet for anlægget. Men det er ikke muligt at producere til fjernvarmenettet, da det vil kræve et temperaturniveau på mindst 70 C. Fjernvarmen kan være backup i de perioder, hvor der ikke kan trækkes varme fra havet. 21

22 Økonomi Driftsøkonomi: Der er lavet simuleringer for driftsøkonomien i de tre scenarier. I simuleringen for scenarie B og C er elprisen og udgiften simuleret på basis af spotprismarkedet for Simuleringen er foretaget i programmet EK-Pro. A: Varmepumpen kører efter fast elpris: 1,7 kr/kwh og COP 3,5 Der er desuden lavet beregninger for, hvad effektiviteten og udgiften vil være, såfremt varmen leveres ved de optimale temperaturniveauer og med de to specifikke anlægstyper. B: Varmepumpen kører efter variabel elpris og døgnlagring og udnyttelse af lavtarif strømindkøb, COP 3,5. Der er desuden lavet beregninger for, hvad effektiviteten og udgiften vil være, såfremt varmen leveres ved de optimale temperaturniveauer og med de to specifikke anlægstyper. C: Varmepumpen kører efter variabel elpris og døgnlagring og udnyttelse af lavtarif strømindkøb, samt placeret på fjernvarmeværket. COP 3,5. Ved leveringen til Højskolen regnes der med et ledningstab på 30%. Driftsugift for opvarmning af svømmehallen med varmepumpe/fjernvarme: Opvarmningsform Forventet [kr/kwh] Udgift [kr/år] årseffektivitet Fjernvarme 0, Varmepumpe A 3,5 0, ,- NIBE Fighter 4,197 0, Varmepumpe B 3,5 0, ,- NIBE Fighter 4,197 0, Varmepumpe C 3,5 0, Med tab i fjernvarmeledningsnet på 30% 2,45 0, Det er i simuleringen for B/C beregnet, at den optimale varmepumpestørrelse er 40 kw, og der skal benyttes et lager med en kapacitet på 0,95 MWh. Ud fra de indledende beregninger, vurderes det dog, at der er behov for mindst kw varmeeffekt, såfremt svømmehallen skal opvarmes med en tarifstyret varmepumpe. Driftsudgiften er udregnet med en konstant COP-værdi på 3,5, hvilket er forudsætningen, såfremt anlægget opererer med en konstant høj fremløbstemperatur. Den årlige effektivitet for det pågældende anlæg er udregnet ud fra de aktuelle behov. Effektiviteten vil være mellem 3,5 og 5,0, da den største del af opvarmningen er rumopvarmning, som sker ved en fremløbstemperatur på 37 C. 22

23 Anlægsudgifter: Anlægsudgifter for varmepumpeanlægget (med jordslange): Postering Omkostning Varmepumpe 80 kw Jordslange 3600 m Vekslere til svømmebadsvand*** Veksler til ventilation*** Installation og ombygning Pris total *** Disse vekslere skal benyttes uanset installation. I ovenstående er der benyttet følgende løsninger: Varmepumpen er en standard Nibe Fighter , 6 stk. af 15 kw ved 0/45. Disse kan trinindkobles. Alternativt York HPLS70-1, som yder 65 kw, pris Alternativ York HPLS110-1, som yder 105 kw, pris Prisen for Nibe Fighter er baseret på listepriser, priserne på York enhederne er baseret på tilbud. Økonomivurdering: Anlægstype Varmelevering [kwh] Type B Nibe fighter Vejledende anlægspris merpris i forhold til fjernvarme Besparelse i fht. fjernvarme pr. år ,41 Simpel tilbagebetalingstid år Miljøvurdering: Miljøvurdering af opvarmningsform: Opvarmningsform CO 2 -emission [kg/kwh] CO 2 -emission [kg/år] Fjernvarme 0, Eldrevet varmepumpe COP 0, ,5 Mindsket emission 27,3 % Solvarme: Solvarme kan benyttes som primær energikilde til opvarmning om sommeren. Solfangeranlægget kan dimensioneres på forskellige måder og med forskellige former for solfangere. Normalt udlægges solfangeranlægget til, at det kan dække brugsvandsopvarmningen om sommeren. Alternativt kan det dimensioneres som kombinationsanlæg, der også dækker en del af rumopvarmningen. Der er regnet på flere scenarier, og anlæggenes levering er udregnet på månedsbasis. 23