ALTERNATIV ENERGI 7. SEMESTERS RAPPORT PÅ BYGNINGSKONSTRUKTØRUDDANNELSEN

Transkript

1 2014 ALTERNATIV ENERGI 7. SEMESTERS RAPPORT PÅ BYGNINGSKONSTRUKTØRUDDANNELSEN Forfatter: Thomas Pallesen Vejleder: Søren Frederiksen Via University College, Campus Horsens

2 TEKNISK-MERKANTIL HØJSKOLE TITELBLAD RAPPORT TITEL: ALTERNATIV ENERGI VEJLEDER: SØREN FREDERIKSEN FORFATTER: THOMAS PALLESEN DATO/UNDERSKRIFT: 20/10-14 STUDIENUMMER: OPLAG: 1 SIDETAL (à 2400 anslag): 15 GENEREL INFORMATION: All rights reserved - ingen del af denne publikation må gengives uden forudgående tilladelse fra forfatteren. BEMÆRK: Denne rapport er udarbejdet som en del af uddannelsen til bygningskonstruktør alt ansvar vedrørende rådgivning, instruktion eller konklusion fraskrives!

3 Forord Denne rapport er skrevet som en del af mit 7. semestres afsluttende speciale som bygningskonstruktør. Rapporten omhandler alternative energiformer, og er rettet mod brug i det offentlige. Siden 1974 hvor vi danskere oplevede vores første oliekrise, har vi haft et stigende behov og interesse for alternative energiformer. Desuden har vi i efterhånden mange år haft fokus på den enorme CO 2 udledning der dagligt sker på vores jordklode, og konsekvenserne heraf bliver til stadighed diskuteret. Det er blevet mere og mere tydeligt, hvor vigtigt det er, at vi bliver stadig mere selvforsynende samtidig med at CO 2 udledningen reduceres. Det undre mig i den forbindelse at det stadig er sjældent, at jeg ser offentlige bygninger, der gør brug af alternativ energi. Med denne rapport har jeg styrket min viden om, hvordan alternativ energi kan bruges i det offentlige, for at påvirke Danmarks uafhængighed i opadgående retning og udledningen af CO 2 i nedadgående retning. Tak til de fagpersoner der har stillet deres viden til rådighed. Tak til Majbrit Hanne Rasmussen, leder af Børnehaven Skovhuset. 1

4 Abstract As a part of my education as Constructions Architect, I have made this thesis. My thesis has focus on alternative energy on public buildings. My problem statement is: How are the features of solar cells, solar panels and geothermal energy? Sub Question 1: Which advantages and disadvantages can be described by the use of these renewable forms of energy? Sub Question 2: How can the three renewable forms of energy be used in the kindergarten Skovhuset Renewable energy is a huge subject so I will only investigate the features, and look at the advantages and disadvantages. I will make my thesis realistic by using the kindergarten Skovhuset as an example. My main conclusion is that we have to do an effort to reduce the CO 2 pollution, this can only be done by subsidizes the renewable energy forms. 2

5 Indholdsfortegnelse Forord... 1 Abstract... 2 Billedliste Indledning Solceller Udseende på solceller Montering Inverter Levetid Solfanger Udseende Montering Levetid Jordvarme Udseende Montering Levetid Sol i Danmark Delkonklusion Fordele og ulemper ved alternativ energi Alternativ energi i daginstitutionen Skovhuset Forudsætninger ved valg af vedvarende energi Forslag til valg af vedvarende energi Delkonklusion Konklusion Perspektivering Kildeliste Bilag

6 Billedliste Figur Billedtekst Side 1 En husstands komplette anlæg 6 2 Solceller på tag 8 3 Solceller på stativ på mark 8 4 Inverter 9 5 Solfangerens opvarmning af varmtvandsbeholderen 10 6 Solfangerens opbygning 12 7 Vandret jordvarmeanlæg 14 8 Lodret jordvarmeanlæg 15 9 Antal solskinstimer i Danmark Forventet el produktion Det oprindelige arkitektforslag på Skovhuset Plantegning af Skovhuset incl. jordvarmeslanger Skovhuset med solceller, solfanger og jordvarmeanlæg 21 4

7 1. Indledning Denne rapport er en del af 7. semesters afsluttende speciale på Bygningskonstruktøruddannelsen. Der er i dag mange mulighederne for at bruge alternativ energi som energitilskud. Jeg vil i denne rapport undersøge tre forskellige alternative energiformer. Disse er jordvarme, solfanger og solceller. Jeg har valgt disse tre former for alternativ energi, da de er de mest almindelige brugte til offentlige bygninger. I denne rapport gennemgås, hvordan disse tre alternative energiformer bedst kan udnyttes og integreres i offentlige bygninger, og hvad man egentlig kan opnå ved at bruge alternative energisystemer. Da offentlige bygninger er et meget bredt begreb i forhold til størrelse, arkitektonisk udformning og energi forbrug, vil jeg i denne rapport tage udgangspunkt i en specifik offentlig bygning. I mit afgangsprojekt skal jeg projektere en daginstitution, som jeg har fået via min praktikplads i 6. semester hos Birch og Svenning i Horsens. De lavede tilbage i 2009 et arkitektforslag til Horsens Kommune på opførsel af en ny daginstitution på 1.244m 2 beliggende i Østbirk, daginstitutionen hedder Skovhuset. De vandt ikke udbuddet, derfor er der ikke arbejdet videre med dette fra deres side. Dette projekt vil jeg arbejde med i min projektering. Derfor har jeg valgt at bruge daginstitutionen som eksempel i denne rapport. Rapporten vil være opbygget af afsnit hvor funktionen af de tre valgte energiformer vil blive gennemgået. Herefter vil jeg se på fordele og ulemper ved hver energikilde, og hvordan de forskellige alternative energiformer kan supplere hinanden. Til sidst vil det blive belyst, hvordan de tre former for alternativ energi kan passe ind i Skovhuset. Min problemformulering skal lyde således: Hvordan er funktionen af solceller, solfanger og jordvarme? Underspørgsmål 1: Hvilke fordele og ulemper er der ved disse alternative energiformer? Underspørgsmål 2: Hvordan kan de tre alternative energiformer integreres i daginstitutionen Skovhuset? Udover de spørgsmål der stilles i problemformuleringen, vil der være andre relevante aspekter at have med i overvejelserne inden valg af alternativ energi. For eksempel er økonomi en væsentlig faktor, og der findes tilskudsordninger indenfor alternativ energi, men jeg vil ikke komme nærmere ind på dette område. Rapporten er således afgrænset til alene at se på funktioner, fordele og ulemper og holde dette op imod daginstitutionen Skovhuset. Rapporten vil blive baseret på information hentet hos fagligt anerkendte kilder. Denne information suppleres med min egen empiri i form af kvalitative data, det vil jeg gøre ved at 5

8 kontakte daginstitutionen Skovhuset samtt relevante fagpersoner. Ved denne fremgangsmåde kan den indsamlede information holdes op imod den faktiske virkelighed. 2. Solceller I dette afsnit ses på solcellernes funktion, f udseende, montering ogg levetid. Et solcelleanlæg er et anlæg, som kan bruges til at producere strøm. Ved at have sådan et anlæg vil der kunne spares på den energi, som kommer fra elselskabet. På P sigt giverr dette en økonomisk gevinst, hvilket jeg vil uddybe senere i rapporten. Dertil kommer den d miljømæssige gevinst, at solens energi udnyttes i stedet for at bruge nogen form for fossilt brændsel til at lave strøm med. Nedfor på figur 1 ses hvordan solcellerne viaa en samleboks tilsluttes inverteren. Inverteren fører energiproduktionen videre til bygningen, ogg såfremt der er en overproduktion føres denne videre til elselskabet. Figur 1 En husstands komplette anlægg Ved køb af solcelleanlæg er der flere f parametre, der skal tages i betragtning, da kvaliteten af de anlæg, der findes på markedet, kan være meget varierende. Solcellernee laves som paneler og fås i standardmål i mange størrelser, f.eks. på 1,3 m 2, mål 1610 x 810 x 34mm 1. Panelerne kan også bestilles i skræddersyede mål, men m det vil have en øgende 1 kort og godt 11793/ 6

9 effekt på prisen. Solcellerne kan monteres stort set alle steder, men af praktiske årsager monteres de fleste på tage, det er både pladsbesparende og det sted, hvor der typisk er den største mulighed for at solens stråler rammer. Solceller kan monteres på tage, facader og stativer. I Danmark skal hældningen være mellem 15 og 90 grader og orienteringen helst mellem sydøst og sydvest. Et solbeskinnet sydvendt tag med en hældning på 40 grader er det mest optimale 2. Det er vigtigt at bevoksning, der kaster skygger på anlægget fjernes. Hvis bare et hjørne af panelet rammes af skygge, vil hele det pågældende panel ikke være funktionsdygtigt. Langt de fleste solcelleanlæg består af solcellemoduler, hvor hvert modul består af 6 rækker af små celler delt op i 3 sektioner med 2 rækker celler i hver sektion. Hvert modul er forbundet fortløbende. Hvis en enkel af cellerne sætter ud, påvirker det hele sektionen. Ligesom hvis en enkelt pære i juletræskæden ikke virker, så holder hele kæden op med at lyse. Det er altså lige meget, om det er en lille skygge, der kun dækker en lille del af sektionen eller en stor skygge, der dækker meget. Ydelsen for sektionen er tabt uanset hvad. Mange moduler leveres dog i dag med en funktion, at hvis en sektion ikke leverer strøm, vil denne blive kortsluttet, således at en lille skygge ikke blokere hele modulet Udseende på solceller Der findes tre forskellige typer af solceller. Den ene er poly krystallinske celler som er kendetegnet ved at have et spil af blåligt skær i overfladen. Den anden form for solcelle er mono krystallinske solcellepaneler, som er mere ensfarvet, og har en karakteristisk hvid plet ved samlingen. Denne hvide plet kan dog skjules, hvis der ved monteringen benyttes en sort bagplade. Den tredje type er en tyndfilm solcellepanel, der typisk har en mere ensartet overflade. Tyndfilmssolceller kender vi fra lommeregner, som kun er afhængig af meget lidt lys. Deres udseende kendes på at den har en mørk homogen overflade, som faktisk kan blive så tynd, at den kan bruges til at tone ruder. Tyndfilms solcellepanel kan fås i flere afskygninger, men er knap så effektiv, og kræver derfor noget større areal (bilag 1). Til solcelleanlæg monteret på tag, benyttes typisk mono krystalinske og poly krystalinske solceller 3, da de fortsat kan lave strøm, når der er overskyet, men dog ikke som tyndfilms solceller. Effekten på tyndfilmssolceller er dog lidt lavere end krystalinske solceller, men de er til gengæld mere effektive i gråvejr. På figur 2 ses et eksempel på hvordan et solcelleanlæg på tag kan se ud. 2 kort og godt 11793/ 3 gbrcdb2m2aoo0eqsjabmeqdkiactzyzkpn_fgndeqrz_86ygj9roch9viddwawst3boca1hw_wcb 7

10 Figur 2 solceller på tag Der er også den mere pladskrævende mulighed, at montere solcellerne på en åben mark. Dette kan være relevant for at eliminere påvirkningen af skygger, eller ved anlæg med en produktion og dermed størrelse, der overstiger muligheden for at bruge taget. Når man vælger at bruge solceller på en åben mark, skal pladerne monteres på et stativ. Stativet skal være lavet af galvaniseret stål for at opnå længst mulig levetid. Stativet bruges til at give pladerne den mest optimale hældning på Fordelen ved at montere solcellerne på marken er, at man kan lave stativet, så det kan dreje sig efter solen. På denne måde vil anlægget selv kunne regulere hældning og orientering, således at solens energi udnyttes bedst muligt hele tiden. Der er lavet en undersøgelse der viser, at produktionen kan stige op til 40 % om året, ved at benytte et drejbart stativ (bilag 1). Herunder ses et billede af et solcelle anlæg på stativ, der er drejbart, figur 3. Figur 3 Solceller på stativ på mark 2.2. Montering Ved montering af solcelleanlæg på tag, skal der laves beregninger på hvorvidt tagkonstruktionen kan bære det påtænkte solcelleanlæg. Solcellerne bliver monteret i en ramme fra fabrikken, og rammen bliver fastgjort til taget. Rammen fastgøres til taget ved hjælp af skinner, der kan justeres. Det er her vigtigt, at de huller som bliver lavet i taget i forbindelse med fastgørelsen, efterfølgende bliver tætnet. Hvis tætningen er mangelfuld, så vil regnvandet i værste tilfælde finde ind i tagkonstruktionen, med skimmelsvamp og råd til følge. 8

11 2.3. Inverter Foruden panelerne skal der opsættes en inverter. En inverter har til formål at omdanne solcellerens strøm fra jævnspænding til vekselspænding, så det kan tilsluttes el nettet. Såfremt anlægget i en periode har en overproduktion af strøm, kan denne levereres til elværket. På figur 4 ses hvordan en inverter ser ud, og det giver en fornemmelse af, hvor meget den fylder. Figur 4 Inverter Inverteren skal monteres et sted, hvor den er tilgængelig, da den har et display, som viser produktionsinformation. Inverteren laver en smule støj, men ikke mere end omkring 35db, hvilket svarer til det samme som et køleskab. Inverteren kan fint placeres i et skur eller lignende Levetid Som nævnt ovenfor påvirkes solcelleanlæggets ydeevne af slitage. Et solcelleanlæg med krystallisk opbygning vil efter ca år kun yde 80 % på grund af ældningsprocessen, men levetiden er omkring 40 år 4. Hvis der vælges et tyndfilms anlæg, så skal man regne med at levetiden er noget kortere, på omkring 20 25år. Og at ydelsen falder betragteligt hurtigere på grund af ældningsprocessen, men investeringen i tyndfilmsanlæg er dog lidt billigere. Inverteren, som skal bruges uanset hvilket anlæg der købes, har en levetid på omkring 6 10 år. Inverteren skal altså skiftes i løbet at solcelleanlæggets levetid

12 Et af de vigtige parametre er levetiden, både på paneler og Inverter. Udover levetiden så er det vigtigt at medregne anlæggets slitage som har en påvirkning af ydeevnen. Både solcellerne og inverteren er teknik som slides. 3. Solfanger I dette afsnit ses på solfangernes funktion, udseende, montering og levetid. Der findes overordnet set to typer solfanger, den ene type er rørsolfanger, og den anden er plansolfanger. Deres grundlæggende funktion er ens. Plansolfangeren er knap så effektiv som rørsolfangeren, dette opvejes dog prismæssigt ved at plansolfangeren er billigere end rørsolfangeren. Jeg gennemgår i dette afsnit rørsolfangeren, idet det er denne type, der typisk vælges i dag 5. Hvilken type der er mest rentabel er endnu ikke vist, da levetiden er usikker. Deres udseende er ikke ens og dette kan også spille ind ved valget af rør eller plansolfanger. Når jeg i resten af dette afsnit skriver solfanger, så henvises til rørsolfanger. Solfanger er som solceller lavet til at optage varme fra solens stråler. Forskellen er her, at hvor solcellerne producerer strøm, så producere solfangerne varmt vand. Solfangerens primære funktion er at opvarme brugsvand, og såfremt der er overskudsvarme, kan denne bruges som tilskud til den eksisterende opvarmning af bygningen. Før der investeres i sådan et anlæg, skal der være klarhed over det årligt behov for varmt vand. Ud fra behovet dimensioneres et anlæg. Se figur 5 af solfangerens kredsløb nedenfor. Figur 5 Solfangerens opvarmning af varmtvandsbeholderen 5 pdf 10

13 Solfangerne kan ligesom solcellerne placeres på et tag eller på åben mark. For at opnå mest mulig udnyttelse af solens stråler, vil et stativ på åben mark være at foretrække, da det er ca. 40 % mere effektivt, når det kan dreje sig efter solen. Dette vil ikke kunne lade sig gøre på taget på huset. Selv om det er det bedste at montere anlægget på en åben mark, så er bestemt heller ikke dårligt at montere det på det taget. Når anlægget monteres på taget, er det ofte fordi, det er pladsbesparende. For mest optimal udnytteles af solfangeren, så skal de helst stå stik mod syd og have en hældning på 30 0 til Hvis disse betingelser overholdes, vil der opleves en god udnyttelse af solfangerene. Det er også ved solfangerne vigtigt, at der ikke er træer og lignende, der kaster skygger på anlægget, da dette vil nedsætte produktionen. Installeret effekt, altså solfangernes produktion, bestemmes på basis af arealet, og om det kan placeres på taget eller på marken, med fokus på den mest optimale hældning. Det er forudsat, at solvarmeanlæggene er nogenlunde korrekt dimensioneret i forhold til forbruget. Typisk giver 1 m 2 solfanger en årlig produktion på 500 kwh. Hvis vi antager, at anlægget har en levetid på 20 år, vil den samlede produktion for 1m² solfanger være kwh. Hvis vi holder den 20 årige produktion på imod, hvad der ville bruges, såfremt den samme mængde el skulle produceres ved hjælp af olie, og 1L olie svarer til 10kWh, ville regne stykket give 1.000L olie (bilag2) Udseende Solfanger består af moduler af sammensatte rør. Ved at man laver dem i moduler gør, at det er nemmere at montere systemet, og det vil betyde, at monteringstiden vil blive kortere. Modulerne er lavet, så de kan håndteres manuelt på et tag. Solfanger er opbygget på sådan måde, at solfangerrørene er det udvendige glas. Inde i solfangerrøret er der et solvarmerør. Solvarmerøret er hult og lufttomt næsten lige som solfangerrøret. Systemet fungerer ved at solfangerrørets varme overføres til solvarmerøret, hvor der er rent vand tilsat nogle specielle tilsætningsstoffer. Kogepunktet for vandet inde i solvarmerørene er afhængig af det aktuelle lufttryk for at få størst mulig udnyttelse af varmen som sol strålerne leverer. For eksempel er der ved havets overflade et normalt tryk. Ved et normalt tryk vil vandet koge ved 100 grader celsius. Derimod vil vand, der koges på toppen af et bjerg, have et lavere kogepunkt, fordi lufttrykket er lavere. Med lufttrykket i mente, har man været i stand at lave solfangerrørene sådan, at der er lavt tryk inde i dem, det betyder så at kogepunktet er allerede ved 30 0 celsius 6. Det vil sige at, solfangerne kan producere varmt vand hurtigere, end hvis der havde været et normalt lufttryk. Når vandet koger i rørene, omdannes det til damp. Dampen bliver 100 grader varmt og stiger til toppen af solvarmerøret. Her afgives varmen til det omkringliggende vandrør. Når dampen afkøles, omdannes det atter til væske, som løber ned i bunden af varmerøret. Denne proces starter forfra igen og igen. På figur 6 ses en tegning af hvordan processen foregår. 6 om solvarme/hvordan virker et solroer 11

14 Figur 6 Solfangerens opbygning Når vandet er varmt nok i topppen af solfangerrørene, vil en pumpe automatisk starte op, så vandet kan løbe ned til en varmtvandsbeholder, for at varme brugsvandet op. Ved overproduktion vil man kunne overføre varmen til gulvvarme, radiator eller jordvarme Montering Montering af solfanger kan gøres på mange måder. De fleste solfangere, som bliver solgt her hjemme, bliver monteret på taget, det er den smarteste måde hvad angår plads. Det er i den henseende vigtig, at tagfladen som solfangerne skal monteres på vender så tæt mod syd som muligt. Montering af solfangerene forgår med et specielt stativ, som skrues fast ned gennem taget og ind i lægten. Derefter føres rørene ud gennem taget og monteres i solfangerene. Fordelen ved at solfangeranlægget monteres på taget er desuden, at der ofte ikke er så langt at trække rørene, og derved minskes varmetabet. En anden måde at montere solfanger på er ved at benytte et galvaniseret stativ, som er fritstående på grunden. Ulempen ved stativet er dog, at mange mener, at det er grimt at se på, og som oftest skal der søges en byggetilladelse for at få lov til at stille det op. En helt tredje mulighed er at få solfangerne integreret som et hegn, og dette er noget kønnere at se på. 12

15 3.3. Levetid Levetiden på solfanger afhænger af hvilket anlæg man vælger. Men typisk er den forventede levetid for et solvarmeanlæg ca. 20 år, dog kan varmtvandsbeholderen og hjælpeudstyr som pumper have en kortere levetid, normalt på år. Anskaffelse af et solvarmeanlæg vil økonomisk være særlig fordelagtigt, hvis det installeres, samtidig med en udskiftning af f.eks. den gamle varmtvandsbeholder, en ældre oliekedel eller ved omstilling fra elvarme til andre former for opvarmning. 4. Jordvarme Det er i dag muligt at udnytte den varme, som der er i jorden hele året rundt. Det gøres ved hjælp af et jordvarmeanlæg. I dette afsnit ses på jordvarmens funktion, udseende, montering og levetid. Der er to forskellige måder at etablere jordvarmeanlæg på, det kan gøres vandret eller lodret, dette vil blive nærmere beskrevet i afsnittet montering. Et jordvarmeanlæg er et ret omkostningsfuldt anlæg at etablere, da der skal føres slanger i jorden, og i den forbindelse er der en del gravearbejde. For eksempel skal der graves mange meter render til slangerne for at få kunne opnå den mængde energi, som skal til for at varme en bygning op. Netop gravearbejdet gør at udgiften til anlægget er større end ved solcelle og solfangeranlæg. Den varme, som findes i jorden, udnyttes ved hjælp af slangerne. Slangerne indeholder vand, og dette vand bliver varmet op til den temperatur, som jorden har. Derefter bliver det pumpet ind i bygningen. Inde i bygningen er der etableret en varmepumpe, som er med til at få temperaturen i vandet til at stige, således at det kan bruges til opvarmning af bygningen. Varmepumpen er en nødvendighed, simpelthen fordi det er den, som er med til at få varmen i vandet hævet til ca. 55 grader. Herefter kan vandet bruges til opvarmning af bygningen. I rigtig kolde perioder er det ikke altid nok med jordvarmen, så derfor bliver der også monteret et varmelegeme. Varmelegemet sætter i gang, hvis varmepumpen ikke er i stand til at varme vandet højt nok op. Ved at dimensionere anlægget rigtig fra starten, minimeres brugen af varmelegemet og dermed el udgiften hertil. Den bedste fordeling af varmen i bygningen er ved brug af radiatorvarme har brug for at temperaturen i vandet er ca. 60 grader. Essensen i at bruge jordvarme er, at vandtemperaturen gulvvarme, da gulvvarme kan nøjes en temperatur på omkring grader. Hvorimod kun varmes op til det nødvendige. Hvis vandet varmes unødigt op, vil der være en unødvendig udgift til drift at varmelegemet Udseende Et jordvarmeanlæg består af et varmepumpeanlæg, som er monteret inde i et teknikrum. Anlægget fylder ikke mere end et fjernvarmeanlæg. Selve anlægget er et vand til vand anlæg, som er med til at øge vandets temperatur, så det kan bruges til at varme huset op. 13

16 Fra varmepumpeanlægget og ud er der monteret plastslanger, som bliver ført ned i jorden. Slangerne bliver ført i såkaldte render, som bliver gravet ned i en meters dybde. På den måde opnås effekt af den varme, som jorden har lageret i løbet af sommeren. Jordvarmeslangerne er et enstrengssystem, hvor vandet kommer koldt fra varmepumpen, og føres en tur rundt nede i jorden, for at optage varmen og derefter vende tilbage til varmepumpen. Som beskrevet tidligere er varmepumpeanlægget med til at få temperaturen hævet, da vandet er ca. 10 0, når det kommer ind fra jorden. Det vil sige, at varmepumpe anlægget hjælper med at få temperaturen til at stige til max På den måde kan det bruges til varme i radiatorerne og gulvvarme. Der er brug for 55 0, såfremt varmen skal bruges til radiatorvarme. Det er en fordel hvis huset er bygget med mest muligt gulvarme, da fremløbstemperaturen kun skal være omkring 35 0 for at være i stand til at varme bygning op. Dette anlæg har den store æstetiske fordel, at det meste af anlægget er usynligt, da det er gravet ned i jorden og fungerer som et fjernvarmeanlæg. Se figur 7 af vandret jordvarmeanlæg nedenfor. Figur 7 Vandret jordvarmeanlæg 4.2. Montering Ved etablering af jordvarmeanlæg er et vandret anlæg at foretrække. Ved vandret etablering menes at slangerne ligger i render ca. en meter nede i jorden. Dette er alene muligt, såfremt der er et stort nok areal, set i forhold til hvor mange m 2 der skal kunne opvarmes. Den vandrette etablering foretrækkes fremfor lodret etablering, da det er det billigste at etablere. Grunden til, at det er dyrere at etablere et lodret jordvarmeanlæg, findes blandt andet i, at der i så fald skal bruges specielt maskinel. Såfremt lodret etablering er nødvendig, bores der huller lodret langt ned i jorden, hvor rørene så vil blive trukket se figur 8. På denne måde er der altså mulighed for at få et jordvarmeanlæg, også selvom der ikke er ret meget plads at gøre med. 14

17 Figur 8 Lodret jordvarmeanlæg Uanset hvilket metode man bruger, skal der altid tages analyser af jorden, så der kan ses, om jorden er egnet til et jordvarmeanlæg. Ved lodret boring går man i hovedtræk efter at finde vandførende lag, da det er med til at forsyne til varmen Levetid Når levetiden på jordvarmen skal beskrives, så er der flere faktorer, som man må se på. Der er for eksempel varmepumpe anlægget, som står i teknikrummet. Dette anlæg har lidt kortere levetid end de slanger som er ned gravet i haven, levetiden på varmepumpen vil være imellem år 7. Hvad angår slangerne i haven, så regner man med, at de vil kunne holde i 50 år 8, men dette er der ikke nogen form for dokumentation for, da man ikke har anlæg som er så gamle endnu. I princippet vil plastikslangerene ikke kunne forgå, da de ligger nedgravet, og dermed ikke er udsat for nogen form for sol eller lys, som ellers har stor indflydelse for nedbrydningen af plast. Den måde som slangerne kan blive nedbrudte på, er ved vandets flow og dermed slitage af røret. 7 Udtalelse af SVK energi, Bo Carelsen 8 Udtalelse af SVK energi, Bo Carlsen 15

18 5. Sol i Danmark I de forgående afsnit er beskrevet forskellige parametre, som vi kan bruge til at optimere produktionen af alternativ energi, f.eks. ved at dreje anlæggene i bedst mulig retning. Men der er også parametre, som vi ikke har indflydelse på, såsom antallet af de solskinstimer vi har i Danmark. Nedenfor i figur 9, ses en graf over det gennemsnitlige antal solskinstimer i Danmark, fordelt over 1 år 9. Figur 9 Antal solskinstimer i Danmark Når disse solskinstimer omregnes til el-produktion, vil det se ud som på figur 10 nedenfor indstraaling placering.asp?nodeid= indstraaling placering.asp?nodeid=43 16

19 Figur 10 Forventet el produktion Af graferne ses tydeligt, at produktionen varierer meget over et kalenderår. Der produceres mest fra forår til efterår. 6. Delkonklusion Når der overvejes brug af alternativ energi, er der mange forskellige muligheder i form af udseende, montering og levetid. Det er vigtigt at overveje alle parametrene, for at vurdere, hvad der bedst svarer sig i den enkelte kontekst. Energiproduktionen vil variere afhængig af solskinstimer. Solceller og solfangere producere mest fra forår til efterår. Solceller og solfangere producerer derimod ikke meget i vintermånederne, men her er jordvarmen et godt supplement. Om det er muligt at bruge en blanding af de tre beskrevet former, for at give en optimal udnyttelse af solens energi, vil være afhængig af den konkrete situation. 7. Fordele og ulemper ved alternativ energi Vi har årligt ca solskinstimer her i Danmark 11. Årets korteste dag er omkring 7 timer og den længste er omkring 17 timer. Det er en stor fordel, at vi kan bruge solvarmen i mange henseender, det kan både bruges til elektricitet og varmt vand

20 For at få den bedste udnyttelse af anlægget bør spildet fra en eventuel overskudsproduktion være så lille som muligt. Hvis solfangeren producerer mere varme end der er brug for i varmvandsbeholderen, så kan man udnytte det varme vand direkte i boligen som opvarmning af for eksempel gulvvarme og radiatorvarme. Udover at bruge solceller, solfanger og jordvarme hver for sig er der mulighed for at kombinere de tre typer anlæg. For eksempel er det en fordel om sommeren, at solfangeren kan varme jorden op, på den måde kommer jorden til at virke som et batteri i kraft af, at varmen lagres. Når det senere på året bliver vinter, vil man kunne få et bedre udbytte af jordvarmen, og på den måde gøre driften billigere. Der er regnet på, hvor meget CO 2 udledning en husstand vil kunne reducere årligt. En gennemsnitlig husstand vil kunne reducere CO 2 udslippet med 20 %, ved at benytte sig af vedvarende energier 12. Når et kulkraftværk producerer 1KWh energi udledes 1kg CO 2. Når et gasværk producerer 1KWh energi udledes 450g CO 2. I disse to senarier vil det være muligt at spare 20 % CO 2 udledning. En af de få ulemper ved etablering af vedvarende energi, er prisen. Det er en bekostelig etableringsudgift, men på sigt vil anlægget tjene sig selv hjem. Som tidligere beskrevet vil jeg ikke gå i dybden med dette emne. En anden ulempe er at anlæggene er pladskrævende, dog vil der ofte være ved offentlige byggerier være god plads enten på tagene eller på medhørende areal. Ligesom der på selv små boliger kan findes løsninger. 8. Alternativ energi i daginstitutionen Skovhuset Jeg vil det følgende beskrive hvordan Solceller, solvarme og jordvarme kan tilføjes daginstitutionen Skovhuset. Det oprindelige arkitektforslag på Skovhuset er mit udgangspunkt og ses her på figur 11. Figur 11 Det oprindelige arkitektforslag på "Skovhuset" 12 om solvarme/hvordan virker et solroer 18

21 Det allerførste der skal gøres, inden alternativ energi vælges til daginstitutionen, er at se i lokalplanen, om der er noget til at hindre herfor. Daginstitution Skovhuset er en oplagt bygning at tage fat i, da den ligger rigtig godt for at etablere alternativ energi. På grunden tilhørende Skovhuset vil der kunne etableres jordvarmeanlæg, da der er rigeligt med areal til nedgravning af jordvarmeslangerene. På figur 12 nedenfor ses en plantegning af Skovhuset med et eksempel på hvor jordslangerne kan graves ned. Der er intet til hindre for, at der kan leges ovenpå arealet med slanger f.eks. kunne der sagtens ligge en cykelbane til børnene. Dog vil det af praktiske hensyn være bedst at blivende legeredskaber får en plads, hvor der ikke er varmeslanger under. Det vil være upraktisk at flytte legeredskaber, for at kunne grave ned til slangerne, såfremt der skulle blive et behov herfor. Figur 12 Plantegning af "Skovhuset" incl. jordvarmeslanger Ligeledes er der ovenlys på taget af daginstitutionen, her er det oplagt at montere solceller og solfanger. Der vil således kunne spares på udgifterne til varme og elektricitet. Endelig vil jeg pointere, at børnehavens travle timer er i dagtimerne. Dermed stemmer de timer, hvor der er mest brug for energi overens med, at det er i disse timer, der er den største produktion Forudsætninger ved valg af vedvarende energi Inden indkøb af vedvarende energiløsninger er det vigtig, at der beregnes det forventede strømforbrug og varmeforbrug til den 1.244m 2 store daginstitution. For at få oplyst institutionens samlede forbrug har jeg haft kontakt med Skovhusets afdelingsleder Majbrit Hanne Rasmussen. 19

22 Majbrit oplyser at institutionens årlige strømforbrug er kwh og det årlige varmeforbrug er kwh. Det optimale solcelleanlæg at investere i er et anlæg, der ikke producerer mere energi end der er brug for til bygningens drift. Hvis anlægget har en overproduktion, vil strømmen fra solcellerne blive sendt til elværket, og der modregnes for den leveret strøm, dog ikke til samme pris som ved et forbrug fra elværket. Det er således ikke rentabelt at have et overdimensioneret anlæg blot for at producere overskudsstrøm til el værket. I modsætning til solcellerne så vil overproduktion fra solfanger kunne bruges i form af gulvvarme eller radiatorvarme. Hvis der ikke er brug for opvarmning i bygningen, vil overskudsproduktionen i stedet kunne føres ud i jordvarmeslangerene. På den måde er solfangerene er med til at tilføre jorden ekstra varme. I kraft af at solfangeren er med til at øge varmen i jorden, så vil jordvarme slangerne kunne få større udbytte ved at jorden er nogle få grader højere. Dette vil reducere strømforbruget til varmepumpen som er med til at øge varmen fra jordvarmeslangerene, så det kan bruges til opvarmning af bygningen Forslag til valg af vedvarende energi Forbruget i institutionen Skovhuset kan dækkes af alternativ energi på flere måder, i det følgende har jeg valgt at gennemgå én af måderne. Strømbehovet dækkes af: 173 stk. Solcellepaneler som på et gennemsnitligt solår vil give et samlet tilskud på kwh, størrelse 99 x 165cm. Jeg har kontaktet Solar Panels som har hjulpet mig med udregningen (bilag 3). Varmt brugsvand og en mindre del af opvarmningen dækkes af: 40 m 2 solfanger. Da der er tale om en daginstitution kan almindelige udregninger for parcelhuse ikke bruges. Jeg har derfor kontaktet en specialist fra SVK Energi for at finde en løsning der passer præcist til mit projekt. Han kom frem til at der skal bruges 2 x 300L brugsvandsbeholder, til opvarmning af dette skal der bruges 20 m 2 solfanger. Da det også er tiltænkt, at der skal bruges energi fra solfangerne til hjælp til opvarmning af bygningen, er der regnet med det dobbelte solfagerareal, altså 40 m 2. Da de valgte solfangers størrelse er x 1.940mm, skal der i alt bruges 21 stk. Den resterende del af opvarmning dækkes af: m. jordslange samt varmepumpe på 44 kw. Denne udregning er lavet i samarbejde med SVK Energi, Bo Carlsen, på basis af at bygningens størrelse er på 1.200m 2. Der skal bruges 35 kwh pr. m 2, hvilket er den almindelige standard for denne type bygning. For at vise hvordan Skovhuset ville kunne have set ud med alternativ energi, såfremt det var dette arkitektforslag, der var blevet valgt, har jeg tegnet institutionen med de tre alternative 20

23 energiformer, som jeg har lavet udregninger på overfor: solceller, solfanger og jordvarmeanlæg. Se figur 13 nedenfor. Figur 13 Skovhuset med solceller, solfanger og jordvarmeanlæg 8.3. Delkonklusion Efter min mening vil det være oplagt at vælge alternativ energi til daginstitutionen. Det vil endda være en god ide at vælge alle tre muligheder for alternativ energi. Grunden til at vælge denne løsning er, at der er nok plads på taget og de tre muligheder spiller godt sammen. Når det er sommer, producerer solcellerne en hel del strøm, dette vil erstatte brugen af strøm fra elværket. Det strøm som er sparet i denne periode, vil man kunne reducere i prisen som varmepumpen bruger til at varme vandet ekstra op, når det kommer ind fra jorden. Solfangeren vil kunne være med til at varme brugsvandet op. Ved overproduktion kan solfangerene overføre varmen til jorden og dermed hjælpe jorden til at blive varmere, så varmepumpen kan minimere energiforbruget. Alle tre energiformer understøtter hinanden, på den måde vil udbyttet blive optimalt. Det vil ikke kun være besparende, men også rigtig godt for miljøet. 21

24 9. Konklusion Hvad angår bæredygtighed, er det vigtigt at være bevist om, at de fossile brændstoffer ikke varer evigt. Derfor er det nødvendigt, at vi finder og bruger alternative energikilder. Samtidig er det vigtigt for vores klima at minimere udslippet at CO 2. Det er dermed i vores alles interesse at prioritere alternativ energi. Denne rapport viser at de gennemgåede løsninger være en god og nødvendig investering. Desværre er vi meget styret af økonomien ved investering i anlægget, her skal der gøres nogle overvejelse og undersøges om der kan gives tilskud. Så vidt jeg kan gennemskue er det meget svært at få rentabilitet i alternativ energi uden en eller anden form for offentligt tilskud. 22

25 10. Perspektivering Ens for elvarme og oliefyr er, at man er afhængig af fossile brændstoftyper som olie, kul og koks. Verdens oliebeholdning vil en dag ophøre, da det er noget som vi henter op fra undergrunden og disse depoter vil efterhånden blive tømt. Ligeledes er det med kul og koks, dette er også noget, som vi graver ud fra jorden, hvorefter energiselskaberne bruger det, så de kan forsyne os med strøm og varmt vand. Efterhånden som udbuddet af fossile brændstoffer mindskes, vil principperne for udbud og efterspørgsel gøre at priserne på fossile brændstoffer vil stige. Emnet har de senere årtier fået mere og mere politisk fokus, både hvad angår priserne og ikke mindst vores CO 2 udledning. Dertil kommer de politiske trusler omkring lukning af forsyninger, senest har vi set Rusland bruge sådanne trusler. Både privat og erhvervslivet er blevet og vil fortsat blive inddraget for at omlægges vores forbrug, væk fra de fossile brændstoffer. 23

26 Kildeliste Internetsider: indstraaling placering.asp?nodeid=43, set den lige%20solfangere.pdf, set den set den aspx, set den

27 Bilag Bilag 1: Midtsol Bilag 2: Solar Panels Bilag 3: Fakta om solvarme 25

28 Bilag 1 Solceller hvad er op og ned Midtsol Aps i Ryslinge giver i en række artikler svar på dine spørgsmål omkring solceller. Ingeniør Karsten Rasmussen kommer i artiklerne rundt om økonomi, lovgivning, teknik og miljø. Læserne er altid velkomne til at få uddybet svarene og artiklerne ved at se på eller ved at kontakte virksomheden. 3.Hvilket anlæg skal jeg vælge? Tjah, det er lidt som at spørge hvilken bil skal jeg købe. Jeg ved personligt godt hvad jeg vil vælge, men det behøver ikke være det endegyldige svar for alle. Teknisk set Har du nok sydvendt areal tagflade og ingen udluftningskanaler, skorstene, træer, eller flagstænger der skygger på noget tidspunkt af dagen (også de næste 25 år), og du kan leve med udseende, kvalitet og garanti på det tilbudte, ser jeg ikke noget problem i at du vælger et anlæg med serielt forbundne paneler næsten uanset hvor det kommer fra. Blot inverteren er på Energinet's positivliste, da den ellers ikke må forbindes til elnettet. De fleste panelproducenter giver en "ydelsesgaranti". Men tænk måske lige over hvordan du vil kontrollere om solpanel nummer 14 yder optimalt, når alle paneler er serielt forbundne. Skulle du være så heldig at opdage at panelet ikke fungerer korrekt, er det de fleste forhandlere tilbyder, at panelet skal sendes retur til fabrikanten (typisk Kina),og testes, før de evt. vil give dig en ny. Inverteren er den del der arbejder hårdest i et traditionelt anlæg. Her er vigtigt at kende eksakt pris, garanti og levetid. Nogle invertere har kun 6 10 års forventet levetid, og det er oftest den langt dyreste komponent i hele systemet. Det skal med i betragtning når der sammenlignes pris. Har man f.eks. øst og vest vendte tagflader, bør man som minimum, vælge en inverter med mindst 2 kredse.man kan som regel tilkøbe en datalogger til systemet, men den kan naturligvis kun give informationer om hele strengen af solcellepaneler og ikke det enkelte panel. Har man et anlæg som Midtsol's, kan man sætte inverteren til internet. Her vil man kunne følge ydelsen fra hver enkelt MPPT på sin PC eller en APP på sin smartphone, og man vil nemt kunne se om et enkelt panel ikke yder sit bedste. Kvalitet Kvaliteten af et anlæg er meget svær at vurdere, der er jo ingen der vil sige at de sælger dig et dårligt anlæg. Det behøver ikke nødvendigvis være god eller dårlig kvalitet fordi et panel er lavet henholdsvis Tyskland eller Kina. Man kan få både dårlig og god kvalitet

29 overalt. Et fingerpeg er at kigge efter hvor lang garanti gives der på inverter og fangere. Her kan man, stort set, se bort fra den "ydelsesgaranti" leverandøren tilbyder. Det giver naturligvis en ide om kvaliteten af den silicium der er brugt, om der f.eks. loves 80% ydelse efter 20 år eller 25 år, men det siger ikke noget om ramme, elektronik og indkapsling. Og hvor lang levetid forventes der af f.eks. inverteren, og afspejler det sig så, i den lovede garantiperiode. Udseende kan være en vigtig faktor. Poly krystallinske celler har typisk mere 'spil', og er blålige. Mono krystallinske solcellepaneler er mere ensfarvede, og har en karakteristisk hvid plet ved samlingen med mindre det er monteret med sort bagplade. Tyndfilm solcellepaneler har typisk en mere ensartet overflade, og kan fås i utallige afskygninger, men kræver desværre et noget større areal. Rammen, der ligger omkring solcellepaneler, kan være rå aluminium, eller sort. Endelig er der også mulighed for at have en "tracker" hvor panelerne er monteret på en drejebar enhed som drejer efter solen. Det giver ca. 40% højere ydelse, men de fleste steder pynter det ikke ligefrem at have sådant et apparat på kvadratmeter stående i forhaven. Montering Man må gerne selv lave alt, undtaget er dog at tilslutte inverteren til el tavlen. Her skal man sikre sig at det er en autoriseret elektriker der udfører opgaven og melder det til forsyningsselskabet. Det kan godt virke lidt bizart at man gerne må ligge på taget og rode med kabler med en spænding på 800V, men det er rent faktisk tilladt. Kan ens måler ikke "løbe baglæns" skal elselskabet skifte den uden beregning. Er du ikke selv er super handyman, ville jeg også kigge på hvem der monterer tingene på taget. En tømrer til den side af opgaven virker som det oplagte valg. Det kan godt være et firma har en mand der kan det hele, men hvad nu hvis der begynder at trække fugt ned gennem taget, eller der ligger fygesne på loftet til næste vinter... Priser Med de regler der er i dag, hvor man kan trække hele anlægget fra i skat, er anlægsprisen mindre betydende i forhold til kvaliteten. Det kan godt være at man på kort sigt kan spare måske 10 eller kr. Men da denne prisforskel kan trækkes fra bliver den reelle besparelse måske , og glæden ved at have sparet er nok kortere end glæden ved at finde ud af at et anlæg i bedre kvalitet har tjent kr mere hjem set over anlæggets levetid. Du kan på vores hjemmeside læse yderligere, og læse artiklerne fra de foregående uger der omhandler økonomien og teknikken i solcelleanlæg.

30 Bilag 2 Anlæg/anvendelse Solfanger areal m2 Installeret effekt kw Besparelse B kwh/m2 k 1 m 2 solfanger = liter olie Solvarme / > 500 fjernvarme Mellemstore anlæg > 350 > Solvarmeanlæggets ydelse (se Faktablad G4 "Solvarmeydelse") giver anledning til en energibesparelse på installationsstedet. Installation af solvarme kan ofte - udover selve solvarmeydelsen og besparelsen direkte relateret til denne - give anledning til ekstra besparelser. F.eks. vil man ofte dimensionere solvarmeanlægget således, at det omtrent kan levere hele varmebehovet v om sommeren, hvorved kedlen kan holdes slukket i denne periode. Dette giver anledning til at kedlens tomgangstab yderligere spares i denne periode. Ved de fleste installationer erstatter solvarme- og anlægget endvidere en varmtvands-beholder varmetabett fra denne beholder spares også. Solvarmeanlægget forårsager dog også et mindre elforbrug til at drive solvarmeanlæggets pumpe. Dette el-forbrug kompenseres dog ofte til en vis v grad af, at den eksisterende varmeinstallation har et mindre el-forbrug, f.eks. ved at en gaskedel kører mindre efter installationn af solvarme. Energistyrelse har fastsat standardværdier for bl.a. solvarmeanlægs energibesparelser, se næste side og: DK/ForbrugOgBesparelser/EnergiselskabernesSparein dsats/reglerforopgorelserogdokumentation/opgoere lsestandardvaerdier/sider/forside.aspx Individuelle 2-10 brugsvandsanlæg i ældre varmeanlæg Individuelle 2-10 brugsvandsanlæg i moderne varmeanlæg Individuelle kombi anlæg i ældre varmeanlæg Individuelle kombi-5 varmeanlæg Svømmebadsanlæg > anlæg i moderne (uafdækket plastsolfanger) 1, , , , > Typiske energibesparelser som følge af solvarmeudnyttelse ved forskellige anvendelser og i forskellige anlæg. Installeret effekt bestemmes påå basis af arealet, idet det generelt gælder af 1 m 2 solfanger svarer til 0,7 kw installeret effekt. Det er forudsat at solvarmeanlæggene er nogenlunde korrekt dimensioneret i forhold til forbruget. Det ses i tabellen at solvarme (bortset t fra svømmebads-anlæg) typisk giver en årlig å besparelse på 500 kwh/m2. Med en levetid påå 20 år fås: 1 m2 solfanger = kwh Da en liter olie (eller en m 3 gas) svarer til ca. c 10 kwh, producerer 1 m 2 solfanger hvadd der svarer til omkring liter olie (eller m 3 gas) i denne levetid.

31 Energistyrelsen Standardværdier - fra "Resultat-ark" - januar 2011 Solvarme Solvarme Anlægstype Solvarme i nyt kedelanlæg kun brugsvand Nettobesparelse kwh/m pr. år 428 Solvarme i nyt kedelanlæg brugsvand og radiatorvarme 252 Solvarme i gammelt kedelanlæg kun brugsvand 780 Solvarme i gammelt kedelanlæg brugsvand og radiatorvarme 376 Solvarme Installering af væghængt luftsolfanger (forvarmning af udeluft) 150 Hvis man har flere informationer om anlæggets orientering og anvendelse, kan man benytte værdierr fra en mere detaljeret tabel. I denne mere detaljerede tabel t er varmebesparelsen for f.eks. et mindre brugsvandsanlæg med optimal orientering og installeret i et nyt kedelanlæg: 5288 kwh/m 2. Der er for nylig lavet en undersøgelse af solvarmeanlægs besparelser: DTU.BYG R238 -Solvarmeanlægs energibesparelser, Simon Furbo, Resultater herfra er sammenlignet med Energistyrelsens standardværdier fra skemaet ovenfor - noget tyder på at standardværdierne for kombi-anlæg er lidtt i underkanten. Energibesparelser BV-anlæg 1500 ENS-ny-kedel ENS-gml-kedel Målt(-kedeludsk.) ) Middel +2A -2A Energibesparelser Kombi-anlægg 1500 ENS-ny-kedel ENS-gml-kedel Målt(+kedeludsk.) Målt(-kedeludsk.) Middel +2A -2A ra ij O Energibesparelser fra DTU. BYG R238 sammenlignet medd Energistyrelsen "Standardværdier" "Målt (-kedeludsk.)" er besparelser for solvarmeanlæg installeret i eksisterende kedelanlæg. "Målt (+ +kedeludsk.)" er besparelserr for solvarmeanlæg installeret i forbindelse med udskiftning af kedel. Her er værdierne i rapporten fratrukket enn estimeret gennemsnitlig besparelse som følge af kedeludskiftning påå ca kwh (i h.t. "ENS standardværdier forr kedeludskiftning"). +2A og -2 er hhv. plus og minus 2 gange g standardafvigelse på målingerne - det ses at spredningen/usikkerheden er betydelig. ENS-ny-kedel og ENS-gml-kedel er standardværdies er i h.t. skema ovenfor.

32 Bilag 3