Forsyning af energi til lavenergibyggeri i Ullerødbyen,

Transkript

1 Forsyning af energi til lavenergibyggeri i Ullerødbyen, erfaringer og målinger Peter Weitzmann COWI pewe@cowi.dk # 1

2 Emner Introduktion CONCERTO og Sorcer Lavenergibygninger Fjernvarmeforsyning Energiforsyning g baseret på VE Første måledata fra Ullerød-byen # 2

3 SORCER CONCERTO-initiativet Vedvarende d energiforsyning i Effektiv brug af energi Integration ti af vedvarende d energiforsyning i og effektivt t brug af energi "Specielle karakteristikker", der gør projektet til noget særligt Samarbejde mellem kommune, rådgiver, forsyning Der lægges vægt på Sammenhæng mellem forsyning og forbrug Demonstration Træning/undervisning Målinger # 3

4 Sorcer: vedvarende energiforsyning g 3.000m 000m² solfangercentral Solceller på rådhus, 8 kw p Biomassekedel, 5,5 MW (oprindelig 1,5 MW) Bioforgasser, 500 kw el og 1 MW varme (oprindelig halv så stor) Lokal energiproduktion i klasse 1-boliger (varmepumper og solceller) 50 kw minivindmøller # 4

5 Sorcer: energieffektive løsninger m² lavenergiklasse 1 boliger (86 stk) m² lavenergiklasse 2 boliger (ca. 700 stk) Lavtemperatur- t fjernvarme Lavenergibelysning # 5

6 Lavenergidesign g # 6

7 Lavenergibyggeri - energiramme Boliger Lavenergiklasse 2: /A kwh/m² Lavenergiklasse 1: /A kwh/m² Inkluderer varme og el til bygningsdrift (samt overtemperaturer) Erhverv Lavenergiklasse 2: /A kwh/m² Lavenergiklasse 1: /A kwh/m² Inkluderer varme, køling, el til bygningsdrift og belysning (samt overtemperaturer) Beregnes ud fra Be06 # 7

8 Optimeret energidesign g - 1 Reduceret energibehov Orientering Dagslysudnyttelse Bygningsform Ventilation, varmegenvinding g Klimaskærmdesign, isolering og afskærmning Valg af vinduer (passiv solvarme) EFFEKTIV ANVENDELSE EFFEKTIV ENERGIFORSYNING REDUCERE ENERGIBEHOV # 8

9 Optimeret energidesign g - 2 Effektiv energiforsyning: Fjernvarme Solvarme Varmepumpe (Solceller) EFFEKTIV ANVENDELSE EFFEKTIV ENERGIFORSYNING REDUCERE ENERGIBEHOV # 9

10 Optimeret energidesign g - 3 Effektiv anvendelse: Intelligent styring Reducere standby forbrug Energirigtige apparater Effektiv belysning EFFEKTIV ANVENDELSE Fokus på brugeradfærd Energimåling og opfølgning EFFEKTIV ENERGIFORSYNING REDUCERE ENERGIBEHOV # 10

11 Bygningsdesign g g Hvor meget er med i energirammen? Forskel på energiramme og faktisk forbrug For boliger er al varme med, men kun ganske få procent af elforbruget Boliger: 54 % Erhverv: 47 % Kilde: Marsh et al, Bygninger, Energi, Klima, 2008, SBi # 11

12 Forsyning # 12

13 Lavenergibyggeri forsyningsmuligheder g Fjernvarme Varmepumpe Kedel Hver har sine fordele og ulemper Set fra et bygningsdesign-synspunkt g g y er de tre (stort set) lige gode # 13

14 EFP-projekt om lavenergifjernvarme Titel: Udvikling og demonstration af lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri Periode: Finansiering: Støttet af Energistyrelsen's energiforskningsprogram (EFP2007) Projektdeltagere: Teknologisk og Institut tut (Projektansvarlig) a DTU Byg (Danmarks Tekniske Universitet) COWI A/S LOGSTOR A/S DANFOSS District Heating Energitjenesten # 14

15 Hvorfor fjernvarme til lavenergibyggeri? MEN Vedvarende energi kilder kan udnyttes direkte eller i kombination med større varmelagre. Det er et fleksibelt system anvendeligt for alle slags energikilder. Overskudsvarme fra affaldsforbrænding, kraftvarmeværker (CHP) og industrielle processer kan udnyttes. Fjernvarme dækker en stor del (60%) af Danmarks varmeforsyning og er en kendt og pålidelig teknologi. Nem drift for varmeforbrugerne. Udfordring for fjernvarme at forsyne huse med (meget) lavt energiforbrug Større (relativt) tab i nettet ved lavere forbrug i bygningerne Store faste udgifter for forbrugeren # 15

16 Simulering af fjernvarmenet 92 huse og 1 vekslerstation / værk 145 m² lavenergi kl. 1 hus Maks. rumvarmeeffektbehov = 3,4 kw/hus Varmebehov = 6750 kwh/år/hus (inkl. brugsvand) Varmetæthed = 5,7 kwh/år/m² og 193 kwh/år/meter fjernvarmeledning Ikke optimeret mht. reduktion af total rørlængde og placering af vekslerstation / værk # 16

17 Rumvarmeforbrug i referencehus 20 C i alle rum: 24 C i de to badeværelser og 22 C i de øvrige rum: 20,1 kwh/m²/år * 30,7 kwh/m²/år ** -> 50% højere varmeforbrug Beregnet i Bsim (program til termisk bygningssimulering): * Standard indetemperatur som bruges ved dokumentation (BE06 beregning) i forhold til Bygningsreglementet) ** Mere almindelige/realistiske indetemperatur # 17

18 Undersøgte scenarier Forskellige typer fjernvarmeunits Ny type unit: Scenarier 1 2 Brugerunit type Fjernvarmebeholder (Ny type) * Gennemstrømningsveksler (ingen varmelagring) Design effekt Design temperaturer T frem 3.7 kw 50 C 32 kw 3 Varmtvandsbeholder 8 kw 50 C 60 C T retur 22 C 22 C 30 C * Konstant lavt fjernvarmeflow, fordi maks. effekten til brugsvand er jævnet ud ~ 0,3 kw Fjernvarmebeholder 120 eller 175 liter (Danfoss) # 18

19 Fjernvarmerør Parametre til reduktion af varmetab Mindre rørdimensioner (bl.a. 10 bar system) Større isoleringstykkelse Ny mindre dimension fleksiblet dobbeltrør Ø14/14 Aluflex (Logstor) Højeffektivt PUR isolering Cellegas diffusionsbarrier Diffusionstæt fleksibelt medierør Dobbeltrør (frem og retur i samme isolering) Reducerede rørlængder, hvis muligt Anvendte typer AluFlex dobbeltrør i dimension Ø14 til 32 mm Stål dobbeltrør i dimension DN32 til DN 80 # 19

20 Simuleringsresultater Fremløbstemperaturer i en forbrugssituation på 1.53 kw pr. bolig og en ab værk / veksler temperatur på 55 C (drift uden omløb). Varmetab pr. ledningslængde i fremløbsledningerne for FVB scenarie [W/m] # 20

21 Beregningsresultater g Energi i ledningsnettet Scenarie 0 Reference Scenarie 1 Fjernvarme- * beholder unit Scenarie 2 Gennemstrømningsveksler unit Scenarie 3 Varmtvandsbeholder unit Elforbrug, pumper, totalt t ledningsnet Leveret varme til ledningsnet, MWh el /år MWh/år 1,1 6,0 3,7 4,8 966,0 706,5 730,7 743,5 Varmeforbrug, 92 huse (á 6750 kwh/år) Varmetab, totalt ledningsnet Varmetab, totalt ledningsnet MWh/år MWh/år 621,0 621,0 621,0 621,0 345,0 85,5 109,7 122,5 % * Varmtvandsbeholderunit og "traditionelt" fjernvarmenet med enkeltrør # 21

22 Fjernvarmenet Totale investeringsomkostninger g DKK K/hus Installationsomkost. for unit Bruger unit Stik installationer Hovedpumper Ledningsnet 0 Scenarie 0 Reference* Scenarie 2 Varmeveksler unit Scenarie 1 Fjernvarme- beholder unit Scenarie 3 Varmtvands- beholder unit * Varmtvandsbeholderunit og "traditionelt" fjernvarmenet med enkeltrør Måleresultater ved demonstration vil vise om lavenergifjernvarmenet bør opbygges af en kombination med fjernvarmebeholderunits og varmevekslerunits! # 22

23 Konklusioner fra projektet Varmetætheden er afgørende Lavenergifjervarme konkurrencedygtigt med varmepumper Meget lavt fjernvarmenet varmetab (ned til 12-16%) 16%) på trods af det lave varmeforbrug i lavenergibyggeriet Lille forskel mellem de forskellige fjernvarmeunittyper Optimering af nettet (rørlængde og varmetæthed) kan medføre endnu bedre økonomi for lavenergifjernvarme Med en tilstrækkelig fremløbstemperatur på 50 C hos forbrugerne er det muligt at anvende mange forskellige varmeressourcer såsom overskudsvarme (fra industri mv.) og vedvarende energi # 23

24 Varmepumpe p Forskellige teknologier væske/vand luft/vand luft/luft (og varmt brugsvand) # 24

25 Et eksempel Huset ligger i Hillerød og forsynes med fjernvarme Lavenergiklasse 1-hus på 120 m² Årligt forbrug 50 kwh/m² - total 6000 kwh Fast afgift (mindste afgift) kr Variabel afgift ved 462,5 kr./mwh er på kr Total udgift kr Faktisk MWh-pris kr./mwh Ved varmepumpe med SPF (årsvirkningsgrad) på 3,5 er prisen 606 kr./mwh (elpris 2,14 kr./kwh) # 25

26 Første måledata fra Ullerød # 26

27 Måledata Forbrug i huse med fjernvarme Forbrug i klasse 1 huse med varmepumpe (MEGET FORELØBIGE) Ydelse fra solfangercentralen Ydelse fra solceller på klasse 1 huse # 27

28 Målinger i Ullerødbyen 140 Varmeforbrug i (fjernvarme)husene i Ullerødbyen 120 Var rmeforbrug (kwh/m²) Gennemsnit Klasse 2 - varme 20 0 Huse # 28

29 Klasse 1 - husene Meget foreløbige data baseret på december 2009 og januar Altså kun 2 måneder ud af 12 Korrigeret forbrug i forhold til beregnet fordeling i et klasse 1 hus fra andet projekt omregnes herudfra til hele året Korrigeret for graddage Data omregnet til primærenergi # 29

30 Energimålekoncept 5 lejligheder 40 m² m² Elforbrug total Elforbrug VP Varmt vand # 30

31 Måledata fordelt på lejlighed Lejlighed Areal Aflæst forbrug til VP dec/jan, kwh Beregnet varmeforbrug, år, kwh/m² Beregnet varmt vand, år, kwh Energiramme, kwh/m² Beregnet primærenergiforbrug, kwh/m² # 31

32 Klasse 1 byggeriet første erfaringer Hvorfor bruger huset mere energi end energirammen forudsiger? Huset er ikke "kørt ind" Måledata er ikke kvalitetssikret Meget kold periode, som ikke er optimalt for varmepumpen Relativt små lejligheder stort luftskifte Er varmepumpe den rigtige løsning? Lang genopvarmningstid Meget højt forbrug (indikativt) Andre målinger viser at især jord-vand varmepumper virker godt # 32

33 Solceller Areal ca. 250 m² Produktion til er på 3424 kwh # 33

34 Nøgletal Årlig varmeproduktion: Forventet årsproduktion: Specifik produktion Maksimal produktion: 1447 MWh 1500 MWh 481,2 KWh 291 MWh/April Årlig CO2-reduktion: 289,4 tons Årlig besparelse: Total pris: DKK ca DKK # 34

35 Solfangerproduktion 800 Solar Panel production 700 Mwh h/mon nth Janu ar Febr uar Mart s April Maj Juni Juli Aug ust Sept emb er Okto ber Nov emb er Dec emb er Solar radiation Heating production # 35

36 Temperaturniveau Te empera ature [C C ] Janua ry Supply-return temperature Febru ary March April May June July Augus t Septe mber Octob er Nove mber Dece mber Return 36,1 38, ,3 42, , ,6 42,2 32,5 34,4 supply 77,4 76,7 76,1 75,3 75,4 70, ,7 77,1 76,7 71,6 77 # 36

37 Konklusion Hvad siger fremtiden? Nye forsyningsløsninger Optimeret fjernvarme Brændselsceller Varmepumper (væske/vand eller luft/vand) Varmepumpe p eller fjernvarme? En Be06-beregning af huset siger, at med fjernvarme ville forbruget være på 51 kwh/m² mod 44 kwh/m² med varmepumpe Hvordan husene ville fungere med fjernvarme er et "godt spørgsmål" # 37

38 Konklusion SORCER viser en god integreret fremgangsmåde til at sænke byers miljøpåvirkning Afprøvning og demonstration af nye teknologier Påvirkninger Solfangeren var støttet i SORCER, men nu opfører forsyningen nye anlæg uden støtte Alt nybyggeri i kommunen skal være klasse 2 Så mangler vi bare renoveringen # 38