VURDERING AV BANEOPPBYGGING

Transkript

1 Dokumentnr. 01 Versjon 01 Utgivelsesdato Lærdal kommune TEKNISK PLAN - KUNSTISBANE Utarbeidet Kontrollert Godkjent Geir Eggen COWI AS Otto Nielsens veg 12 Postboks 2564 Sentrum 7414 Trondheim Telefon Innholdsfortegnelse 1 INNLEDNING 2 VURDERING AV BANEOPPBYGGING 2.1 Banedekke 2.2 Grunnarbeid 2.3 Rørmaterialer og kuldebærer 2.4 Oppbygging av banerørsystemet 3 DIMENSJONERING OG OPPBYGGING AV KULDEANLEGG 3.1 Kuldebehov 3.2 Oppbygging av kuldeanlegget 4 OVERSLAGSMESSIG VURDERING AV BYGG OG ELEKTRISKE INSTALLASJONER 4.1 Bygningsmessige installasjoner 4.2 Elektrisk krafttilførsel 5 KOSTNADER 5.1 Investeringer 5.2 Driftsutgifter 6 VARMEGJENVINNING FRA KULDEANLEGG 7 KONKLUSJON

2 1 INNLEDNING Lærdal har i alle år vært senter for skøytesport i Sogn og Fjordane. Med sitt relativt tørre klima ligger forholdene godt til rette for å drive utendørs skøytesport. Temperaturøkningene vi har opplevd den siste tiden har imidlertid ført til stadig kortere sesong for skøytesporten på naturis. Lærdal kommune arbeider derfor med planer om et kunstisanlegg på grusbanen som brukes som naturisbane. Hensikten med dette notatet er å vurdere den tekniske utformingen av kunstisanlegget. 2 / 12 2 VURDERING AV BANEOPPBYGGING Kunstisbanen skal inneholde en 400 m hurtigløpsbane bestående av en 4 m bred treningsbane innerst, og videre av en 4 m bred indre bane og en 4,5 m ytre bane. Dette gir en isflate på ca m. Videre skal kunstisablegge bestå av en åpen isflate på m 2 på indre bane. Samlet isflate blir således m m 2 = m 2. Figur 1 viser islagte flater

3 . 3 / 12 Figur 1. Islagte flater på kunstisanlegget En kunstfrossen skøytebane kan bygges på mange måter. Her vurderes baneoppbygging ut fra følgende kriterier: Banen skal kunne brukes til sommeridrett utenom issesongen, og banen skal bygges til å medføre lavest mulig investering og driftsutgifter. Normal driftssesong for kunstisbanen er fra 15. oktober til 1. april. 2.1 Banedekke Banelegemer kan bygges med tre forskjellige materialer i det øverste dekket: Betong, asfalt eller grus/stenmel. For utendørsbaner som skal brukes til friidrett om sommeren, er det et krav at banen er vanngjennomslippelig i perioder utenom issesongen, og dette utelukker betongkonstruksjon. Den rimeligste løsningen er grus/stenmel, og det er bygget en rekke skøytebaner i Norge med en banekonstruksjon som vist på figur mm ø25x2,3 PE Stenmel, t = 50 mm Sporet asfalt, t = 50 mm Grus bærelag, t = 100 mm Isolasjon, t = 60 mm ø25x2,3 PE 500 mm Sandlag Rørsystem undervarme Fiberduk Traubunn Figur 2. Banekonstruksjon Ved bygging av kunstfrosne skøytebaner skal bunnen sikres mot telehiv. Denne frostsikring kan skje ved passiv frostisolering med isolasjonsmaterialer og ikke telefarlige masser, eller ved aktiv frostisolering med hjelp av et rørsystem for sirkulasjon av en varm væske. Denne varme væsken kan være av samme type som i kjølesystemet (CaCl 2 -lake), alternativt vann/glykol eller vann/etanol som varmebærer. Oppvarmingen bør skje ved utnyttelse av kuldeanleggets overskuddsvarme.

4 . 4 / Grunnarbeid Før banerørsystemet kan monteres, må eksisterende bane traues ut og drensgrøfter graves. Deretter legges fiberduk og drensrør og omfylling av disse, undervarmerør, isolasjon, bærelag av grus/sand, og asfalt som spores opp av spesialmaskin. Etter at banerørene er montert i sporene i asfaltdekket, overdekkes banerørene av et lag med subbus eller stenmel. 2.3 Rørmaterialer og kuldebærer Tidligere ble det bygget en rekke skøytebaner med direkte fordampning av kuldemedium i banerørene. For å redusere mengden kuldemedium er disse banene bygget om til indirekte fordampning med saltlake (CaCl 2 -lake) som kuldebærer i banerørene. Alternativt kan det brukes vann/etanol eller vann/etylenglykol som frostvæske, men dette blir betydelig dyrere enn CaCl 2 - lake. Her forutsettes også kunstisbanen bygget for indirekte fordampning, og med CaCl 2 -lake som kuldebærer. Banerørene er plastrør med stor diffusjonstetthet, PEX eller PE 100 PN10. På figur 2 er vist baneoppbygging med 25 mm rør med 10 cm deling. Det brukes imidlertid også både 20 mm og 32 mm rør i banedekket. Endelig valg av rørtype og rørdimensjon skjer under detaljprosjektering. 2.4 Oppbygging av banerørsystemet Figur 3 viser en mulig oppbygging av kulderørene i banen. En slik oppbygging muliggjør også at enten bare hurtigløpbanen eller bare indre bane islegges. Hurtigløpsbanen er delt i to i lengderetningen, med fordelingsstokk og samlestokk på de to langsidene. For å sikre mest mulig ensartet istemperatur fordeles tur- og returtemperatur på annethvert rør i bredden. Samme oppkopling gjennomføres også for indre bane.

5 . 5 / 12 Figur 3. Eksempel på oppbygging av banerørsystemet 3 DIMENSJONERING OG OPPBYGGING AV KULDEANLEGG Kuldeanlegget kan bygges med flere alternative kuldemedier: - HFK (for eksempel R404A, R407C, R507 eller R410A) - Ammoniakk (NH 3 ) - Karbondioksid (CO 2 ) HFK er kunstige kjemikalier som ved lekkasje og utslipp til atmosfæren er sterke drivhusgasser. Norske myndigheter har lagt store fiskale avgifter på disse mediene for å redusere bruken av dem. NH 3 og CO 2 er naturlige medier som ikke gir miljøskader ved eventuelle utslipp. Ammoniakk (NH 3 ) er det mest brukte kuldemediet i kuldeanlegg til kunstisbaner, og Norges Ishockeyforbund har utarbeidet standard løsninger for ishaller med ammoniakk som kuldemedium. NH 3 er giftig, men det tas hånd om ved sikkerhetstiltak i maskinrommet. CO 2 er ikke giftig, og det er de siste årene bygget noen få kunstisanlegg med CO 2 -kuldeanlegg. Dersom det skal bygges et CO 2 -kuldeanlegg til kunstisbanen i Lærdal blir det å betrakte som et prototypanlegg. Det forutsettes her bygget et kuldeanlegg med ammoniakk som kuldemedium, og med CaCl 2 -lake som kuldebærer i banerørene. 3.1 Kuldebehov Kuldeanlegget skal dekke følgende behov: - Innfrysing - Transmisjonstap - Strålingstap - Riming/kondens fra fuktig luft - Nedbør - Ispreparering og friksjonsvarme fra skøyteløpere - Varmetap fra grunnen - Varmetap fra lakepumper Transmisjonstap og strålingstap er de største varmetapskildene. Transmisjonstapet øker med økende vindhastighet. Skøytebanen i Lærdal er imidlertid lokalisert slik at det ikke er direkte solstråling på banen i

6 . 6 / 12 vinterhalvåret, og dette gir reduserte kuldebehov. Det dimensjonerende kuldebehovet oppstår under innfrysingen. Det er her regnet med en dimensjonerende flatebelastning på 180 W/m 2. Dette gir følgende kuldebehov: Dimensjonerende kuldeytelse: P 0 = 180 W/m m kw 3.2 Oppbygging av kuldeanlegget Figur 4 viser et prinsippskjema av kuldeanlegget. Kuldemedium er ammoniakk og en saltlake med 22% CaCl 2 i vann strømmer mellom banerørene og kuldeanleggets lakekjøler. På varmeavgivelsessiden (kondensatorsiden) utstyres kuldeanlegget med en vannkjølt kondensator, fordi det er planer om å gjenvinne varme fra kuldeanlegget til bruk i et varmepumpeanlegg for produksjon av fjernvarme. Dersom det ikke er bruk for all kondensatorvarmen, må overskuddsvarmen dumpes enten til en grunnvannsbrønn eller til uteluft, for eksempel via en tørrkjøler. Ved bygging av kunstfrosne skøytebaner skal grunnen sikres mot telehiv ved hjelp av et rørsystem for sirkulasjon av en varm frostvæske. For å dekke undervarmebehovet blir det installert en væskeunderkjøler på varmepumpen. Væskeunderkjøleren er dimensjonert for en ytelse på 56 kw, og når vi ser bort fra investeringen i væskeunderkjøleren, blir denne varmemengden gratis fordi den ikke medfører økt energiforbruk til varmepumpen. Væskeunderkjøleren vil imidlertid også medføre en økning av kuldeytelsen med 56 kw slik at spesifikk kuldeytelse øker med 6 W/m² Kompressorer Saltlake Kondensator Fordamper lakekjøler Væskeunderkjøler Varmeopptak fra skøytebane Undervarme fra væskeunderkjøler

7 . 7 / 12 Figur 4. Prinsippskjema av kuldeanlegg 4 OVERSLAGSMESSIG VURDERING AV BYGG OG ELEKTRISKE INSTALLASJONER 4.1 Bygningsmessige installasjoner Følgende bygninger/rom må settes opp i tilknytning til en slik kunstfrossen skøytebane: 1 Teknisk rom for kuldemaskineri : 40 m 2 2 Garasje/lager for ismaskin og baneutstyr: 40 m 2 3 Tidtakerbu, varmestue: 70 m 2 Sum areal: 150 m 2 Til å dekke deler av disse behovene er det muligheter for å bruke eksisterende bygning. På figur 1 er servicebygget vist på nordsiden av banen. 4.2 Elektrisk krafttilførsel Kuldeanleggets dimensjonerende kraftbehov er anslått til ca. 700 kw til drift av kompressorer og sirkulasjonspumper. I tillegg må det installeres flomlysanlegg. Lærdal Elverk har en stor trafostasjon på skøytebaneområdet, og det forutsettes etablert en ny trafokiosk for kunstisbanen. Det kommunale elverket forestår levering av trafokiosk, og det er ikke regnet med tilknytningsavgift for skøytebanen. 5 KOSTNADER 5.1 Investeringer Grunnarbeider (eks. undervarmerør): kr ,- VA-arbeider: kr ,- Undervarmerør: kr ,- Banerørsystem: kr ,- Kuldeanlegg: kr ,- Lysanlegg: kr ,- Driftsteknisk utstyr (ismaskin med mer): kr ,- Prosjektering, prosjektadm., uforutsette kostnader: kr ,- Sum: kr ,- Alle beløp er eks. mva.

8 5.2 Driftsutgifter Driftsutgiftene består av elutgifter til drift av kuldeanlegg og lysanlegg, av service/vedlikeholdsutgifter på kuldeanlegget og av driftsutgifter (diesel) til ismaskin. Det er ikke regnet med lønnsutgifter til drift av kunstisbanen, da det regnes med at driften skjer på grunnlag av frivillig innsats, og at Lærdal Idrettslag står for arrangementer, bilettsalg osv Energiutgifter Kompressorforbruk: kwh/år Sirkulasjonspumper: kwh/år Lysanlegg: kwh/år Sum el.forbruk: kwh/år Med en gjennomsnittlig elpris på 70 øre/kwh blir elutgiftene kr/år. 8 / Driftsutgifter isprepareringsmaskin Dieselutgiftene til isprepareringsmaskin antas grovt være ca kr/år Service/vedlikeholdskostnader for kuldeanlegget Kuldeanlegget koster i anskaffelse ca. kr ,-. Forutsatt en utgift til drift/service/vedlikehold på gjennomsnittlig 2% av investering per år, blir årlige service/vedlikeholdskostnader kr/år.

9 . 9 / Samlede driftsutgifter Elutgifter: kr/år Driftsutgift ismaskin: kr/år Service/vedlikerhold av kuldeanlegg: kr/år Sum årlige driftsutgifter: kr/år 6 VARMEGJENVINNING FRA KULDEANLEGG Parallellt med planene om kunstisanlegg arbeider Lærdal kommune også med planene om et varmepumpebasert fjernvarmeanlegg til oppvarming av kommunale bygninger. Det er i første omgang snakk om oppvarming av Lærdalsøyri skule med nærliggende bygninger. Figur 5 viser et kartutsnitt fra Lærdalsøyri med Lærdalsøyri skule med aktuelle bygninger som er tenkt tilknyttet fjernvarmeanlegget m A B C A Varmepumpesentral B Eksisterende kjelsentral C Kuldeanlegg kunstisbane 17 Lærdalsøyri Skule 18 Lærdal Alders og Sjukeh. 19 Barmehage 20 Boligfelt 23 Hauge kyrkje Figur 5. Trasé for mellomtemperaturledning fra kuldeanlegg ved kunstisbane til varmepumpesentral ved Lærdalsøyri Skule

10 . 10 / 12 Det er gjennomført et forprosjekt hvor en varmepumpe som gjenvinner varme fra kunstisanlegget er vurdert mot grunnvannsbasert varmepumpe og biobrenselanlegg, og utredningen konkluderer med at en varmepumpe som er koplet opp mot kuldeanlegget til kunstisbanen er den beste løsningen (1). Som det fremgår av figur 5 ligger skøytebanen ca. 1 km avstand fra Lærdalsøyri skule, og for å kunne utnytte kondensatorvarmen fra kunstisbanens kuldeanlegg til fjernvarme, graves det ned uisolerte plastrør hvor det sirkulerer mellomtemperert vann på C fra kuldeanlegget fram til en varmepumpe ved Lærdalsøyri skule. Mellomtemperaturkretsen passerer også Hauge kyrkje. Kirken har i dag et brannfarlig elektrisk varmeanlegg som må rehabiliteres, og den mest energieffektive måten å gjøre det på er å bygge et nytt vannbårent varmeanlegg og installere en liten varmepumpe i kirken som også utnytter mellomtemperaturkretsen som varmekilde. Lærdal kommune skal også utvide Villakssenteret (ligger ved Lærdalselva til venstre like utenfor kartutsnittet på figur 5), og i den forbindelse skal de også bygge om eksisterende varmeanlegg til vannbåren varme. Her er det også aktuelt med en lokal varmepumpe med mellomtemperert varme fra kunstiskuldeanlegget som varmekilde. Når kuldeanlegget til kunstisbanen skal kombineres med varmepumpe til fjernvarmeproduksjon, må kuldeanlegget koples opp mot en naturlig varmekilde i tillegg til skøytebanen, fordi skøytebanen har begrenset driftstid. Dessuten reduseres ytelsen når det blir kaldt ute, og kuldeanlegget stoppes når utetemperaturen kommer under ca. 5 C. Det er vurdert to naturlige varmekilder grunnvann og uteluft. Dersom det finnes tilstrekkelige grunnvannsmengder av god kvalitet ved skøytebanen, er dette den beste varmekilden. Det vil derfor bli foretatt prøveboringer og tatt grunnvannsprøver i området på forsommeren Dersom testbrønnene gir for lite vann, eller grunnvannskvaliteten er for dårlig, vil uteluft bli brukt som alternativ varmekilde og varmesluk. Figur 6 viser prinsippskjema av kulde/varmepumpeanlegget med uteluft som alternativ varmekilde/varmesluk. Her er brukt en felles tørrkjøler som varmeveksler mot uteluften.

11 Tørrkjøler for varmeopptak og varmedumping. 11 / 12 Kjelsentral for tilsatsvarme Kuldeanlegg Uisolert mellomtemperaturkrets Varmepumpe Fjernvarme Lakekrets for skøytebane Skøytebane Figur 6. Prinsippskjema av kulde/varmepumpeanlegg med tørrkjøler for alternativt varmeopptak og varmedumping. Sammenlignet med et lokalt uteluft- eller grunnvannsbasert varmepumpeanlegg ved Lærdalsøyri skule vil et varmepumpeanlegg som er koplet til kuldeanlegget ved skøytebanen og som utnytter spillvarmen fra dette anlegget få 10 15% større energisparing (1). I tillegg kommer flere andre fordeler med et slikt kulde/varmepumpeanlegg: - Anlegget blir et to-trinns varmepumpeanlegg, der kuldeanlegget utgjør lavtrykkstrinnet og varmepumpen høytrykkstrinnet. Begge de to anleggene arbeider med moderate temperaturløft, og det betyr stor driftssikkerhet med hensyn på kompressortrøbbel. - Mellomtemperatur distribusjonskretsen gjør at fjernvarmesystemet blir svært fleksibelt, ved at flere varmepumper for enkeltbygg eller for grupper av bygg kan koples til ledningsnettet og bruke kjølevannet fra kuldeanlegget som varmekilde.

12 7 KONKLUSJON. 12 / 12 Med sitt tørre vinterklima ligger forholdene godt til rette for en utendørs kunstfrossen skøytebane i Lærdal. Banen kan anlegges på en eksisterende grusbane som i mange år er brukt som naturisbane om vinteren, og her er mye av infrastrukturen som tidtakerbod og varmestue allerede på plass. Investeringene til en komplett kunstfrossen skøytebane med samlet isflate på m 2 er beregnet til 16 mill. kr. Da er det ikke regnet med investeringer i bygninger i tilknytning til skøytebanen. Det er ikke foretatt grunnundersøkelser på det aktuelle skøytearealet. Vi har forutsatt at isflatene må frostsikres ved isolering og undervarme under isolasjonen. Videre er det forutsatt at eksisterende masser traues ut og erstattes av nye masser ca 40 cm under banens overflate, og det legges drensrør under banen. Det er forutsatt et kuldeanlegg med kuldeytelse på kw, med ammoniakk som kuldemedium. Som kuldebærer gjennom banerørsystemet er det regnet med saltlake med 22% CaCl 2. Det er videre forutsatt varmegjenvinning fra kuldeanlegget ved at dette integreres som lavtrykksanlegg i et to-trinns varmepumpesystem som skal dekke grunnlastvarme til fjernvarme i Lærdal sentrum HENVISNINGER 1 Lærdal kommune: Vurdering av fjernvarme i Lærdal COWI notat