HØGSKOLEN I MOLDE SKISSEPROSJEKT FOR VARMEPUMPE. Ålesund, Side 1 av 17

Transkript

1 Side 1 av 17 HØGSKOLEN I MOLDE SKISSEPROSJEKT FOR VARMEPUMPE Ålesund, Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon: Bankforbindelse: Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: Foretaksregisteret:NO MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid firmapost@riksheim.no

2 Side 2 av 17 SAMMENDRAG Høgskolen i Molde har behov for utskifting av isvannsmaskinen med R-22 i Bygg A og utfasing av olje/elkjeler som primær energikilde for begge byggene. Skolen består av to bygg: Bygg A fra 1993: Bygg B fra 2003: Sum m 2 BTA 4716 m 2 BTA m 2 BTA Oppvarmet areal er satt til m 2. DUT vinter : -12 C DUT sommer : 20 C Årsmiddeltemperatur: 6,7 C Temperaturnivå kjelanleggene: 80/60 C Temperaturnivå isvannsanleggene: 7/12 C Installert effekt kjelsentral Bygg A: 1400 kw Installert effekt kjelsentral Bygg B: 545 kw Kjølekapasitet isvannsanlegg Bygg A: 280 kw (R-22) Kjølekapasitet isvannsanlegg Bygg B: 120 kw (R-134A) Temperaturkorrigert energibruk energisentraler: ca. 1,5 GWh (107 kwh/m 2 år) Etter avtale med Statsbygg har vi avgrenset utredningen til å omfatte to alternative løsninger med varmepumpe som grunnlast basert på det naturlige kuldemediet ammoniakk, der anlegget monteres i et eget bygg øst for Bygg A (1993 bygget). Bygget bør tilpasses arkitektonisk til eksisterende bygg. Vi har vurdert disse systemene når det gjelder kompressorløsning: Et ett trinns system med NH3 skruekompressor med frekvensomformer med reguleringsområde ca. 180 til 500 kw trinnløst. Ved behov under 180 kw må kompressor starte/stoppe. Krever stort akkumulatorvolum på varm side. Antatt total kompressor COP 2,5 ved 0/4 C isvann og 65/70 C varmtvann. COP ved del last vil være god ned til ca. 250 kw. Under denne effekten faller COP en noe. Av den grunn er det anbefalt å ikke regulere kompressoren under 180 kw.

3 Side 3 av 17 Antatt total pris på kompressoraggregat inkludert intern automatikk, ca. kr ,- eks. mva. Et to trinns system med NH3, stempelkompressorer, bunntrinn med to stk. stempelkompressorer, topptrinn med en stk. stempelkompressor som er frekvensregulert. Reguleringsområde trinnløst fra 250 kw. Ved behov under 250 kw må kompressor starte/stoppe. Systemet må ha stort akkumulatorvolum på varm side. Antatt total kompressor COP 2,7 ved 0/4 C isvann og 65/70 C varmtvann. COP ved del last vil være god ned til ca. 250 kw. Under denne effekten starter og stopper kompressoren, COP blir opprettholdt. Antatt total pris på kompressoraggregat inkludert intern automatikk, ca. kr ,- eks. mva. Fordelen med et to trinns system med stempelkompressorer mot et ett trinns anlegg med skruekompressor er dette: Høyere COP (fra 2,5 til 2,7) Mindre slitasje på maskiner For begge alternativene er det derfor valgt et to trinns system med NH3 stempelkompressorer. Bunntrinn med to stempelkompressorer og topptrinn med en stempelkompressor som er frekvensregulert. Alternativ 1: Varmepumpe dimensjonert til oppvarming av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges nærvarmerør til Bygg A og Bygg B. Ny isvannsmaskin for Bygg A basert på R-134A.

4 Side 4 av 17 Alternativ 2: Varmepumpe / isvannsmaskin dimensjonert til oppvarming og kjøling av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra og dumping av overskuddsvarme i avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges nærvarmerør til Bygg A og B, og nærkjølerør kun til Bygg A. Det settes av stusser i maskinrom for fremtidig kjøling av Bygg B. Hovedkonklusjon Alternativ 1 Energidekning varmepumpe (grunnlast): 90 % Energidekning kjelsentral (spisslast): 10 % Effektdekning varmepumpe: 40 % Effektdekning kjelsentral: 60 % Kjølekapasitet ny isvannsmaskin Bygg A: 100 % (R-134A) Avgitt effekt varmepumpe med naturlig kuldemedium: 500 kw Spesifikk avgitt varmeeffekt: 35 W/m 2 Investering: 12,9 mill. eks. mva. Energibesparelse varmeanlegg: kwh/år kr ,- per år. Tilbakebetalingstid: 19 år Alternativ 2 Energidekning varmepumpe (grunnlast): 90 % Energidekning kjelsentral (spisslast): 10 % Effektdekning varmepumpe: 40 % Effektdekning kjelsentral: 60 % Kjølekapasitet Bygg A og Bygg B: 100 % (R-717 ammoniakk)

5 Side 5 av 17 Avgitt varmeeffekt varmepumpe / isvannsmaskin med naturlig kuldemedium: 500 kw Spesifikk avgitt varmeeffekt: 35 W/m 2 Kjølekapasitet: 400 kw Spesifikk avgitt kjøleeffekt: 28 W/m 2 Investering: 13,2 mill. eks. mva. Energibesparelse varmeanlegg: kwh/år kr ,- per år. Energibesparelse kjøleanlegg: Sum besparelse: kwh/år kr ,- per år kwh/år kr ,- per år. Tilbakebetalingstid: 17,3 år Som en ser er alternativ 2 det mest lønnsomme. Tilbakebetalingstiden er noe høy. Gjennom program for Varmesentraler gir Enova investeringsstøtte til varme-produksjon basert på fornybare energikilder til enkeltstående varmesentraler. Dette vil bedre lønnsomheten til prosjektet.

6 Side 6 av ENERGIBRUK OG EFFEKTER Skolen består av to bygg: Bygg A fra 1993: Bygg B fra 2003: Sum m 2 BTA 4716 m 2 BTA m 2 BTA Oppvarmet areal er satt til m Installerte effekter Begge byggene har oppvarming med vannbåren varme med temperaturnivå 80/60 C. Oljekjel nr. 1 Oljekjel nr. 2 Elektrokjel Sum kw kw kw kw Bygg A Bygg B Sum 1945 Begge byggene har isvannsanlegg med temperaturnivå 7/12 C. R-22 R-134A Sum kw kw kw Bygg A Bygg B Sum Energibruk energisentraler Gjennomsnitt kwh kwh kwh kwh kwh/m 2 Energibruk olje/elkjel Temperaturkorrigert

7 Side 7 av Dimensjonering varmepumpe Vi har dimensjonert varmepumpen etter både målt energibruk og normtall. Bygg A Byggeår kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming Ventilasjon Varmtvann Sum Normtall korrigert for batteriveksler ventilasjon, ƞ ~ 50 % kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming Ventilasjon Varmtvann Sum Bygg B Byggeår kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming Ventilasjon Varmtvann Sum

8 Side 8 av 17 Sum Bygg A og B kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming Ventilasjon Varmtvann Sum Varmepumpe for Bygg A og B Varmedrift Effektdekning 40 % Avgitt effekt varmepumpe 500 kw 35 W/m 2 COP varmefaktor 2,7 Ved varmedrift Kjøledrift Effektdekning 100 % Avgitt kjøleeffekt 400 kw 28 W/m 2 COP kuldefaktor 3,0 Ved kjøledrift Beregningene viser at varmepumpen skal dimensjoneres for en avgitt effekt på 500 kw.

9 Side 9 av NATURLIG KULDEMEDIUM Statsbygg vurderer å skifte ut isvannsmaskinen med R-22 i Bygg A og utfasing av olje/elkjeler som primær energikilde. Ut fra miljøhensyn kreves det at løsningen er basert på naturlig kuldemedium, og vi har kommet frem til at bruk av ammoniakk er den beste løsningen. Ammoniakk (R-717) har stor fordampningsvarme, er et billig kuldemedium, og gir ingen miljømessige skadevirkninger. Selv om den er giftig, vil en sterk lukt være en advarsel før faregrensen er nådd. Gass som lekker ut og blander seg med luft kan være eksplosiv. Siden ammoniakkdampen har mindre massetetthet enn luft og stiger opp, må utluftingen fra maskinrommet ligge i takhøyde. Anlegget må i helhet være bygget i stål, aluminium eller ha en legering som tåler den korroderende virkningen til ammoniakk. En ulempe med ammoniakkanlegg er høy temperatur på trykkgassen ut fra kompressoren. Dette skjer selv ved et moderat kompresjonsforhold og liten overheting på sugegassen til kompressoren. 3. KRAV TIL MASKINROM FOR AMMONIAKK Det skal være installert bryter(e) for utkobling av all strøm til maskinrommet, utenom nødventilasjon, nødbelysning og lavvolts alarmkurser. Bryteren(e) skal være av helkapslet type eller plassert utenfor rommet. Ammoniakkmaskinrom skal ha separat mekanisk nødventilasjon. Nødventilasjonen skal aktiveres automatisk av gassdetektor. Varsel gis da til driftspersonell, og i tillegg brytes strømmen til maskinrommet dersom konsentrasjonen blir for høy. Viftemotoren og tilhørende elektrisk utrustning skal være av helkapslet type eller være plassert på utsiden av rommet. Feil ved ventilasjonssystemet skal aktivere alarm. Utblåsning skal være over tak i god avstand fra luftinntak for ventilasjonsanlegg. Maskinrommet skal vurderes forsynt med vannsystem for manuell spraying for å absorbere ammoniakk ved lekkasje. Ved bruk av vann skal det tas nødvendige forholdsregler slik at forurenset vann kan avhendes på en sikker måte. Sluk skal være sikret mot tilførsel av gass eller væske til offentlig avløpsnett. Maskinrommet skal ha nødutgang.

10 Side 10 av ALTERNATIVER Etter avtale med Statsbygg har vi avgrenset utredningen til å omfatte to alternative løsninger med varmepumpe som grunnlast basert på det naturlige kuldemediet ammoniakk, der anlegget monteres i et eget bygg øst for Bygg A (1993 bygget). Bygget bør tilpasses arkitektonisk til eksisterende bygg. For begge alternativene er det valgt et to trinns system med NH3 stempelkompressorer. Bunntrinn med to stempelkompressorer og topptrinn med en stempelkompressor som er frekvensregulert. Reguleringsområde trinnløst fra 250 kw. Systemet må ha stort akkumulatorvolum på varm side. Antatt total kompressor COP 2,7 ved 0/4 C isvann og 65/70 C varmtvann. COP ved del last vil være god ned til ca. 250 kw. Under denne effekten starter og stopper kompressoren, COP blir opprettholdt. Fordelen med dette systemet mot et ett trinns anlegg med skruekompressor er dette: Høyere COP (fra 2,5 til 2,7) Mindre slitasje på maskiner Vi har vurdert disse alternativene: Alternativ 1: Varmepumpe dimensjonert til oppvarming av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges nærvarmerør til Bygg A og Bygg B. Ny isvannsmaskin for Bygg A basert på R-134A. Alternativ 2: Varmepumpe / isvannsmaskin dimensjonert til oppvarming og kjøling av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra og dumping av overskuddsvarme i avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A.

11 Side 11 av 17 Det legges nærvarmerør til Bygg A og B, og nærkjølerør kun til Bygg A. Det settes av stusser i maskinrom for fremtidig kjøling av Bygg B. 5. KOSTNADSOVERSLAG 5.1. Alternativ 1 Antall Pris Sum stk. kr./enhet kr. Egen bygning på ca. 12 x 12 meter med sluse, maskinrom, nødutgang, lydisolering etc Mekanisk nødventilasjon maskinrom Sikkerhetsutrustning Rørarbeider Isolering Automasjon Elektro (tilførsler til to tavler (hvert kompressoraggregat)) To-trinns kompressoraggregat inkludert intern automatikk Pumper Bobleutskiller Ekspanson/sikkerhetsventiler Akkumulatorer eventiler Stengeventiler Shuntventiler Merking Innregulering FDV-instruks Sum nytt bygg Energibrønner Rør til energibrønner Nærvarmerør til Bygg A Nærvarmerør til Bygg B Rør varmegjenvinning ventilasjon fra Bygg A Glykol Sum utvendig

12 Side 12 av 17 Rørarbeider energisentral Bygg A Varmeveksler V.gj.v. batteri Automasjon Elektro Bygningsmessig Sum Bygg A Isvannsmaskin med skruekompressor for R134-A Demontering, deponering, kuldemedieavgift Rørarbeider Elektro Bygningsmessig Sum ny isvannsmaskin Bygg A Rørarbeider energisentral Bygg B Varmeveksler Automasjon Elektro Bygningsmessig Sum Bygg B Prosjektering/administrasjon Sum totalt Investering: 12,9 mill. eks.mva. Energibesparelse varmeanlegg: kwh/år kr ,- per år. Tilbakebetalingstid: 19 år

13 Side 13 av 17 Systemskisse alternativ 1 Varmepumpe / Isvannsmaskin 70/65 C NÆRVARME TIL BYGG A OG BYGG B VARME-distribusjonskrets 70/65 C Vann/glykol krets Akkum. VARMEGJENVINNING AVKAST VENTILASJONSAGGREGAT BYGG A ENERGIBRØNNER Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon: Bankforbindelse: Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: Foretaksregisteret:NO MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid E- mail:firmapost@riksheim.no

14 Side 14 av Alternativ 2 Antall Pris Sum stk. kr./enhet kr. Egen bygning på ca. 12 x 12 meter med sluse, maskinrom, nødutgang, lydisolering etc Mekanisk nødventilasjon maskinrom Sikkerhetsutrustning Rørarbeider Isolering Automasjon Elektro (tilførsler til to tavler (hvert kompressoraggregat)) To-trinns kompressoraggregat inkludert intern automatikk Pumper Bobleutskiller Ekspanson/sikkerhetsventiler Akkumulatorer eventiler Stengeventiler Varmeveksler Shuntventiler Tilbakeslagsventil Merking Innregulering FDV-instruks Sum nytt bygg Energibrønner Rør til energibrønner Nærvarmerør til Bygg A Nærvarmerør til Bygg B Nærkjølerør til Bygg A Rør varmegjenvinning/dumping ventilasjon fra Bygg A Glykol Sum utvendig Rørarbeider energisentral Bygg A Varmeveksler V.gj.v. batteri Rørarbeider kjølesystem Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon: Bankforbindelse: Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: Foretaksregisteret:NO MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid firmapost@riksheim.no

15 Side 15 av 17 Automasjon Elektro Bygningsmessig Sum Bygg A Rørarbeider energisentral Bygg B Varmeveksler Automasjon Elektro Bygningsmessig Sum Bygg B Prosjektering/administrasjon Sum totalt Investering: 13,2 mill. eks. mva. Energibesparelse varmeanlegg: kwh/år kr ,- per år. Energibesparelse kjøleanlegg: Sum besparelse: kwh/år kr ,- per år kwh/år kr ,- per år. Tilbakebetalingstid: 17,3 år

16 Side 16 av 17 Systemskisse alternativ 2 NÆRKJØLING TIL BYGG A STUSSER AVSETTES I MASKINROM TIL BYGG B KJØLE-distribusjonskrets 7/12 C Akkum. Varmepumpe / Isvannsmaskin 70/65 C NÆRVARME TIL BYGG A OG BYGG B VARME-distribusjonskrets 70/65 C Vann/glykol krets Akkum. Fjerning av overskuddsvarme VARMEGJENVINNING AVKAST VENTILASJONSAGGREGAT BYGG A DUMPING AV OVERSKUDDSVARME FRA KJØLEANLEGG SOMMER ENERGIBRØNNER Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon: Bankforbindelse: Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: Foretaksregisteret:NO MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid E- mail:firmapost@riksheim.no

17 Side 17 av 17 Dersom De ønsker en gjennomgang av skisseprosjektet sammen med oss, ber vi om at De tar kontakt. Vi takker for oppdraget. Ålesund, Håvard Flisnes siv.ing. Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon: Bankforbindelse: Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: Foretaksregisteret:NO MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid