Lavtemperaturløsninger i nybygg

Transkript

1 David Zijdemans Lavtemperaturløsninger i nybygg 1. Fjerdegenerasjon fjernvarme Introduksjon 2. Lavtempererte energikilder Varmepumpe og solvarme 3. Fremtidens ultra lavtempererte varmeavgivere Praktisk gjennomføring 4. Kostnadseffektive vannbårne varmesystemer Priseksempler 5. Systemløsninger for fjernvarme og lavtemperert varme 6. Fjernvarme + vannbåren gulvvarme =??? 7. Komfortkjøling av bolig og næringsbygg 8. Systemoppbygging Akkumulatortank Spisslast 9. Tabber å unngå ved utskiftning av oljekjel. Brukar man göra så här? 1

2 Fjernvarmeutvikling 4. Generasjons fjernvarme Muligheter 1. Muliggjør bedre utnyttelse av fornybare energikilder, spillvarme, geotermisk, sol etc. som bidrar til enklere å gjøre fjernvarme helt fornybar. 2. Energiutveksling mellom bygg 3. Mer effektivt og mindre varmetap. Skal kunne levere mot områder med lavere varmetetthet enn i dag. Utfordringer 1. Lavere driftsstemperatur i byggs varmeanlegg (eldre/nye bygg!) 2. Legionellasikring, varmtvann 3. Effekt til tappevann Jon Tveiten Norsk Energi 2

3 Lystrup - Konklusjoner Redusert investering til ledningsnett: Minst 25 % Varmetap i ledningsnett 50 MWh/år (55/30 C). Tradisjonelt (80/40) system ville varmetap betydd 200 MWh/år. Besparelse på 75%! Pumpeenergi mindre en forventet Temperatursenkningen fra 80/40 C til 55/30 C utgjør ca 35% Mens resten skyldes optimalt design bl.a. med twinrør, mindre rørdimensjoner og større isoleringstykkelse. 3

4 Varmepumper Hva påvirker varmepumpers effektivitet? Temperaturløft (trykk) fra kald til varm side Antall start/stopp Kilde: Jørn Stene 4

5 Effektfaktor, COP [- ] Maksimal effektfaktor Virkelig effektfaktor Fra effektfaktor til besparelse Temperaturløft [K] Besparelse [%] Årsvarmefaktor, SCOP, SPF COP avtar 2 3 % for hver grad økning i temperaturløft Avgitt effekt reduseres 3 4 % for hver grad senkning av ford.temp. Avgitt effekt reduseres ca 0,5 % for hver grad økning av kond. temp. Utekompensering 60,0 60 Temperatur 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Tur.temp Returtemperatur Væske/vann Luft/vann Vanntemperatur [ C] Utetempratur [ C] 5

6 Solenergi Årlig solinnstråling i Europa 6

7 Solinnstråling per døgn på en horisontal flate 71 Januar kwh/(m² døgn) <0,05 0,05-0,10 0,10-0,15 0,15-0,20 0,20-0,25 0,25-0,30 0,30-0,35 >0,35 Juli kwh/(m² døgn) <4,00 4,00-4,50 4,50-5,00 5,00-5,50 >5, Årlig solinnstråling i Norge Horisontal flate Optimalt vinklet flate 7

8 Innstrålt energimengde Effekt Blå himmel Lett skydekke Overskyet Vinterdag 1000 W/m² 600 W/m² 300 W/m² 100 W/m² Effekt Romoppvarming Solvarme Tappevannsoppvarming Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Des 8

9 Sol i Loen!! Loen!! Month Innstrålt energi [Wh/(m 2 døgn] Horisental flate Optimal vinkel Vertikal flate Optimal vinkel Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Årlig innstrålt energi [kwh/(m 2 år)] Optimal inclination angle is: 32 degrees 9

10 Eksempel: Energibehov i fremtidige eneboliger Årlig energibehov: kwh kwh Husholdsningstrøm kwh Romvarme Romvarme Varmtvann Husholdningsstrøm kwh Varmtvann Eksempel: Hva må til for å oppnå Nullenergihus? Nødvendig areal på solcelleanlegget for 0 energibalanse Kun solcelepanel* 91 m² Pris solcelle , Besparelse Med solfanger** 63 m² Med varmepumpe***: 49 m² Varmepumpe + solfangere: 42 m² , , , , , Forutsetninger: * 7m² solcellepanel per 1000 kwh * Pris solcellepanel 5000 kr/m 2 inkl montering ** 4 solfanger med areal 8,3 m 2 *** kwh varme og varmt vann som produseres med SCOP = 3,0 som dermed krever kwh el som drivenergi 10

11 Solfangers effektivitet Virkningsgrad [%] 100 Solinnstråling Refleksjon Varmetap Nyttigjort varme T [K] Oppsummering Hva påvirker varmepumpens effektivitet? Temperaturløft (trykk) fra kald til varm side Hva påvirker solfangers effektivitet? Temperaturdifferanse mellom sirkulerende væske og utetemperatur ): Varmeavgiver må lavest mulig (vann)temperatur!!! 11

12 Kostnadseffektive vannbårne varmesystemer Krav til varmeavgiver Lav vanntemperatur God regulerbarhet (lav responstid) God komfort Lav pris Samme gode kvalitet Hvordan senker vi vanntemperaturen til varmeavgiveren og beholder varmeeffekten? V C T p U A ( Tv Tr) 12

13 Varmeavgivere med bedre regulerbarhet (respons) Redusere varmeavgivers termiske masse 2 alternativer Redusere temperaturdifferanse mellom varmedistribusjonsmedium og inneluft Få sentralt plasserte Viftekonvektorer/ radiatorer Større flater Overtemperert tilluft Tettere c c Mindre varmemotstand Komfort Gulvvarme Radiator Viftekonvektor 13

14 Effekt [W/m 2 ] Fra gammeldags til (morgen)dagens gulvvarme 14

15 Eksempel Romtemperatur: 23 C Effektbehov: 10 W/m 2 24 C 25,4 C 27 C På grunn av stor treghet kompenseres det ofte med betydelig høyere temperatur, typisk C Spesifikk effekt Avgitt effekt [W/(m 2 K)] Avgitt effekt [W/(m 2 K)] C C Flislagt gulv Parkett C C Flislagt gulv Parkett 40 3,6 2,5 40 5,1 3,1 30 4,1 2, ,4 20 4,6 2,9 20 7,2 3,8 10 5,1 3,1 10 8,4 4,1 5 5,3 3,2 5 8,9 4,2 15

16 Trinnlydsplate (25-35 mm) Eksempel 16

17 80 sek/m 2 C C 10 cm Priser Pr leilighet: Legge rør: 110 kr/m 2 (rør og arbeid) Prefab. Fordelerkap: , Arbeid (koble fordelerskap) 5.000,? Sum vannbåren gulvvarme: ca , Fratrekk elektrisk oppvarming: ca , 17

18 Temperaturregulering Kursbeskrivelse Temperatur Tur; kun til bad (kort rørføring = lite trykktap) 24 C Retur; bad 23 C Tur; gang, stue og kjøkken 23 C Retur; gang, stue og kjøkken 22 C Funksjon: Når romtemperaturen (stue, kjøkken og gang) er lavere enn 23 C avgir gulvet varme Når romtemperaturen (stue, kjøkken og gang) er høyere enn 23 C kjøler gulvet (varme går til oppv. av kv) Badet vi ha konstant en gulvtemperatur på ca C Soverom vil holde ca C (kjølefunksjon i agggregatet) Resultat: Gulvet blir selvregulerende. Det vil si at termostater (og aktuatorer) blir overflødig. OBS: Utekompenseringskurve kan brukes for å kompensere ved større effektbehov (feks. mer yttervegg) Trinnlydsplate (10 mm) med borrelås 18

19 Uten trinnlydsdemping - Festeskinne Knotteplate o Byggehøyde kun 17 mm o Reaksjonstid 18 min o Ideelt for rehabilitering og våtrom 19

20 Sporplate uten støping 20

21 Sporplate uten støping o Byggehøyde 14 eller 24 mm o reaksjonstid 24 min o Legges på bærende underlag o God varmefordeling o Valgfritt overgulv Profilert EPS-plate 21

22 Priseksempel Leilighetsbygg (reelt) 80 Leiligheter fordelt på 3 bygg Samme entreprenør gir pris på både elektro og VVS. Alle fratrekk er med Kilde: Dag Halvorsen Det ble tilbudt utbygger pris på følgende alternativer: 1. Direkte elektrisk oppvarming (Panelovn og varmekabler) og varmtvannsbereder på hvert bad 2. Direkte elektrisk oppvarming (Panelovn og varmekabler) og sentralt varmtvannsberedersystem 3. Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), sentralt varmtvann og Luft/vann varmepumpe 4. Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), felles varmtvann og Væske/vann varmepumpe 5. Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), Fjernvarme 5 rørs system 6. Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), Fjernvarme 3 rørs system Regneeksempel Leilighetsbygg (reelt) Kilde: Dag Halvorsen Elektriske varmekabler på bad Panelovner 22

23 Regneeksempel Leilighetsbygg (reelt) Kilde: Dag Halvorsen Elektriske varmekabler på bad Panelovner Regneeksempel Leilighetsbygg (reelt) Kilde: Dag Halvorsen Vannbåren gulvvarme på bad Viftekonvektor i stue 23

24 Regneeksempel Leilighetsbygg (reelt) Kilde: Dag Halvorsen Vannbåren gulvvarme på bad Viftekonvektor i stue Regneeksempel Leilighetsbygg (reelt) Kilde: Dag Halvorsen Vannbåren gulvvarme på bad Viftekonvektor i stue 24

25 Oppsummert prissammenligning Direkte elektrisk oppvarming (Panelovn og varmekabler) og Ref varmtvannsbereder på hvert bad Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), sentralt varmtvann og 5.000, Luft/vann varmepumpe Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), felles varmtvann og , Væske/vann varmepumpe Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), felles varmtvann og , Væske/vann varmepumpe Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), Fjernvarme 5 rørs system , Vannbåren varme (viftekonvektor og gulvvarme), Fjernvarme 3 rørs system , Kilde: Dag Halvorsen (?) Sammenligning mellom gulvvarme og viftekonvektor 60 m 2 25

26 KUN FOR FJERNVARME Returtemperaturbegrenser Er en rimelig og robust løsning Selvvirkende (ingen el.kobling) For innfelling (30-60 mm) Flere varianter, kan mengderegulere utfra: Returtemperatur (luftet boks) Romtemperatur Gulvtemperatur Flere leverandører: Honeywell Danfoss IMI Hydronic KUN FOR FJERNVARME Returtemperaturbegrenser 26

27 KUN FOR FJERNVARME Returtemperaturbegrenser 27

28 Kostnadseffektiv fjernvarme 28

29 50-60 C DHW C C C C C 29

30 50-60 C DHW C C C C Komfortkjøling av bolig Alternativ 1: Kjøling via tilluft fra balansert ventilasjon Areal: 84 m 2 Alternativ 2: Kjøling med viftekonvektor 30

31 Alt. 1: Kjøling i leilighet via balansert ventilasjon 1. Kjøle hele leiligheten Luftmengde (TEK): 100 m 3 /h Kjøleeffekt: 33,5 W/K Eksempel: Romtemperatur 23 C og tilluftstemperatur 15 C Kjøleeffekt = 268 W Φ 2. Kjøle kun soverom med 2 sengeplasser Luftmengde (TEK): 52 m 3 /h Kjøleeffekt: 17,4 W/K = 0,4 W/(m 2 K) Eksempel: Romtemperatur 20 C og tilluftstemperatur 15 C Kjøleeffekt = 87 W Personvarme = 165 W (2 sovende personer, 46 W/m 2 ) Alt. 2: Kjøling med viftekonvektor Skalert til: 20 C romtemp: ca 2,2/1,6 kw Tur/retur 40/35 C og 23 C romtemp: ca 2,6/1,9 kw Husk å bruk aktuelle parametere! 31

32 «Kjølekilde»??? 1. Passiv mekanisk kjøling F.eks: Væske/vann varmepumpes brinekrets 2. Aktiv mekanisk kjøling F.eks: Luft/vann varmepumpe «reversert» Passiv mekanisk kjøling Ordinær brinekobling Hvor kobles viftekonvektor inn? 32

33 Passiv mekanisk kjøling Alltid på kuldebærers innløp 1 K heving av kuldebærertemperatur gir: 2 3% høyere COP 3 4% høyere (varme)effekt Luft/vann-varmepumpe Standard kobling 33

34 Luft/vann-varmepumpe Aktiv kjøling «Ultimat» energiutnyttelse ved kjøling 1. Passiv kjøling med varmeutnyttelse 2. Aktiv kjøling med varmeutnyttelse 3. Aktiv kjøling med dumping av overskuddsvarme 34

35 Serie og parallellkobling av varmekurser 52 C 60 C 45 C 35 C 60 C Varmepumpe 40 C 30 C Varmepumpe C 30 C 45 C Varmepumpe 50 C 35 C 60 C 45 C 35 C Vanntemperatur [ C] Utetemperatur [ C] Varmepumpe 48 C 30 C 60 C 45 C 45 C 35 C 35 C Kobling av akkumulatortank - Seriekobling Varmepumpe Varmepumpe 35

36 Kobling av akkumulatortank Parallellkobling Varmenormen: Krav til system Akkumuleringstanker som plasseres i parallell med energikilden, bør ikke ha hovedsirkulasjon gjennom tanken slik at omrøringsgraden reduseres. M Varmepumpe Varmepumpe Varmepumpe Dimensjonering av akkumuleringstank til varmepumper I følge Varmenormen kapittel skal: Akkumuleringsvolumet til varmepumper skal være minimum 20 liter/kw varmeeffekt på laveste effekttrinn Akkumuleringstanken(e)s størrelse må dimensjoneres ut fra krav til lengste tiden av enten korteste tillate gangtid eller korteste stillstandstid for det minste kapasitetstrinnet/kjel i anlegget. Væskevolumet i øvrig berørte rørledninger inngår bare i den grad de inngår i sirkulasjonen over akkumuleringstanken. 36

37 Regneeksempel Varmepumpe: Væske/vann, Inverter kw Varmeanlegg: Radiatoranlegg, mengderegulert Gulvvarme, temperaturregulert (50 liter) Akkumuleringstankstørrelse: V = 30 x = 550 liter Varmepumpe Kobling av energikilder Koblingsprinsipper i Varmesentralen Ulike energikilder skal koples i serie slik at lavtemperaturkildene og de uten garantert effektdekning kommer først. Energikilder på samme temperaturnivå kan parallellkobles Energikilde og spesielt fyrkjeler må kunne stenges ut fra sirkulasjonskretsen når de ikke er i bruk for å redusere stillstandstapet. 37

38 Hva har vi lært i dag? Lavtemperatur varmedistribusjon (fjernvarme) gir: 1. Bedre utnyttelse av fornybare energikilder, spillvarme, geotermisk, sol etc. som bidrar til enklere å gjøre fjernvarme helt fornybar. 2. Mulighet for energiutveksling mellom bygg 3. Mer effektivt og mindre varmetap. Skal kunne levere mot områder med lavere varmetettet enn i dag. Ultra lavtemperert varmeavgiver gir (i tillegg): 1. Bedre effektregulering høyere komfort 2. Rimeligere og mer robust varmeanlegg (færre komponenter, mindre isolasjon) 3. Lavere distribusjonstap 4. Høyere besparelse for lavtempererte energikilder 5. Mulighet for utnyttelse av fjernvarmes «returvarme» Takk for meg! David Zijdemans 38

39 Bonusmateriale! Tabbene vi må unngå ved utskiftning av oljekjel! 39

40 De første vurderingene som må gjøres.. Må kjelen ut? Aktuelt å konvertere til bioolje? Kan kjelen brukes som spisslast til varmepumpe? Er hovedsikringene i huset store nok for elektrisk spisslast? Hvor stor skal evt. elektrisk spisslast være? (luft/vann eller væske/vann VP?) Hvilket temperaturnivå trengs i radiatorene kaldeste vinterdag? Vurdering av spisslastens effekt Hva er forskjellen på spisslast og backup? Effektbehov [%] Spisslast Væske/vannVP Luft/vann VP Dag 40

41 10 Fra effektfaktor til besparelse Effektfaktor, COP [- ] Maksimal effektfaktor Virkelig effektfaktor Temperaturløft [K] Besparelse [%] Årsvarmefaktor, SCOP, SPF COP avtar 2 3 % for hver grad økning i temperaturløft Avgitt effekt reduseres 3 4 % for hver grad senkning av ford.temp. Avgitt effekt reduseres ca 0,5 % for hver grad økning av kond. temp. Størrelse.. Hvor store er radiatorene? Verdens minste radiator? 41

42 Flere strøk maling? Kasset inne? 42

43 43

44 Regel nr 1: Ikke installer en lavtemperert varmekilde til et høytemperatur varmeanlegg! Rørhåndboka kap

45 Regel nr 2: Unngå varmeoverføring mellom tur og retur! Gulvvarme Vv 15 kw Væske/vannvarmepumpe Varmtvannsbereder Basseng Energibrønner Kv 45

46 RegeI nr 3: Ikke kortslutt varmeanlegget! 46

47 Regel nr 4: Unngå shunting! Finnes det unntak??? Regel nr 5: Brunt vann? Rens varmeanlegget før du installerer varmepumpe Regel nr 6: Monter vannbehandlingsutstyr For eksempel: Smussfilter Magnetfilter Anode Mikrobobleutskiller Demineraliser påfyllingsvann 47

48 Husk isolasjon!!! = Regel nr 7 ;) Takk for meg! David Zijdemans 48