Mulighetsstudie for energiløsning i Nyhaugveien boliger Oppsummering 1. Prosjektet kan ved å stille krav til U-verdier og optimalisere bygningskropp ligge under kravene i TEK10 og får et årlig normert oppvarmingsbehov på 20 kwh/m². Dette utgjør 40% av totalt varmebehov inklusiv varmtvann på 50 kwh/m² og åpner for å benytte sentral produksjon av varmtvann og direktevirkende elektrisitet som oppvarmingskilde. 2. Vi legger fram fire alternativer for sentral energiforsyning til varmtvannproduksjon. Løsningen 1 med fjernvarme er den teknisk enkleste. Løsningen 2: luft-vann HFK varmepumpe + fjernvarme kan være et aktuelt alternativ for prosjektet grunnet lav investeringskostnad. Løsningen krever 25% mindre levert energi enn TEK10 rammekrav, krever investering på ca. 1 MNOK og vil tilbakebetales innen ca. 7,2 år. Alternativt kan man velge løsning 3, som er tilsvarende varmepumpe som i alternativ 2 basert på væskevann HFK varmepumpe + fjernvarme og geobrønner. Dette gir høyere investering på grunn av brønnparken, men gir også høyere energidekning. Bakgrunnen for å velge en slik løsning vil også være å eliminere lydproblematikk ved løsning 2. Løsning 4 med væske vann CO2 varmepumpe og geobrønner, kan levere all energi til oppvarming av varmtvann. Denne løsningen er den dyreste, men vil kunne levere all energi til oppvarming av varmt tappevann og en kan søke om fritak for tilknytting av fjernvarme i prosjektet. 3. Fjernvarme løsningen vil ha et plassbehov for energisentral på ca. 6 m² mens løsningen ved bruk av varmepumpe vil kreve plass på ca. 50m² Innledning og vurderinger Sweco Norge har gjort mulighetsstudie for Nyhaugsveien boligprosjektet for å svare på følgende to ledende spørsmål 1. Hva er mest hensiktsmessig energikvalitet på bygningskropp for å oppfylle tekniske krav? 2. Hva er hensiktsmessig energiforsyningssystem for byggeprosjektet? Pdd. har Plan og bygningsloven følgende krav til nybygg, etter 01.01.2017. 1. Bygget kan oppfylle energikrav i teknisk forskrift ved å benytte tiltaksmetode og benytte kvalitet lik eller bedre enn gitt i TEK10 14-2 eller ved å oppfylle rammekravene gjennom energisimulering iht. TEK10 14.1. 2. Bygget kan ikke ha varmeinstallasjoner basert på fossilt brensel iht. TEK10 14.1 3. Bygningen skal ha et fleksibelt varmesystem siden alle blokkene har oppvarmet BRA over 1000m² og løsningen skal være tilrettelagt for bruk av lavtemperatur varmeløsninger iht. TEK10 14.2. 2 (8)
Veiledning til TEK10 angir preaksepterte løsninger for fleksible varmesystem ved at det er tilrettelagt for at minimum 60% av normert varmebehov i bygget skal kunne dekkes av fornybar varmekilde. Dette tilsier at dersom oppvarmingsbehovet for bygget er tilstrekkelig lavt, vil man kunne erstatte dette med direktevirkende elektrisk oppvarming. Dette krever da at man har et system som benytter fornybar varmekilde til oppvarming av varmt tappevann. 4. Videre kan Kommunen stille krav om tilknytning til fjernvarme siden byggverk ligger innenfor et konsesjonsområde for fjernvarme (BKKV) iht. PBL 27-5 Bygningen plasseres i noe vanskelig terreng og det kommer fram ønsker å benytte store glassflater på vestvendt fasade. Videre har det kommet fram ønsker å velge kvalitet på bygningskropp som er bedre enn dagens tekniske forskrift. Disser ønsker tyder på at er hensiktsmessig å velge rammemetode framfor tiltaksmetode slik at man har større frihet til å velge mellom ulike tiltak på bygningsnivå for å dokumentere myndighetskrav. På dette stadiet har Sweco Norge valgt en av boligblokkene og sett nærmere på tiltak på bygningskropp ifm. tekniske forskrift. Vurderinger tilsier at det er mulig å oppfylle rammekrav i TEK10 ved å oppfylle følgende krav på bygningskropp. Tabell 1: Kvalitets på bygningskropp og tekniske installasjoner Post Yttervegger Vindu og dør Gulv mot uoppvarmet areal/kjeller Tak Lufttetthet Normalisert kuldebroverdi Verdi U-verdi 0,16 W/(m².K) U-verdi 0,80 W/(m².K) U-verdi 0,12 W/(m².K) U-verdi 0,10 W/(m².K) 1,0 h-1 ved 50 Pa 0,06 W/(m².K) Gjenvinningsgrad ventilasjon 83 % SFP ventilasjon 2,5 kw/ (m³/s) TEK10 vurdering resultater i 88,6 kwh/m² og er lavere enn rammekrav på 95 kwh/m² og dermed oppfyller krav. Oppvarmingsbehov (romoppvarming og ettervarmebehov for ventilasjon) ligger på 19,6 kwh/m² og er ca. 40% av total varmebehov hvorav man har 30 kwh/m² varmebehov for forbruksvarmtvann. Videre ser man at ved å begrense oppvarmingsbehov til 40% av totalt varmebehov vil man også oppfylle det pre-aksepterte kravet i TEK10 hva angår %-andel dekningsgrad via energifleksible varmesystemer. Ved å tilrettelegge for sentral produksjon/distribusjon av varmt tappevann, (og evt. vannbåren varme til luftbehandlingsaggregater). Dvs. at man kan benytte direktevirkende elektrisitet som oppvarmingskilde i leilighetene. 3 (8)
Vurderingen tilsier derfor at dagens tekniske forskrift ikke krever vannbåren varme til oppvarming. Sweco Norge har videre sett på mulige energiløsninger for prosjektet ved å ta i utgangspunktet at prosjektet kun har sentralproduksjon for varmtvann. I denne forbindelse har vi sett nærmere på fire mulige energiløsninger for sentral produksjon av varmt forbruksvann. Dette notat omfatter tekniske og økonomiske vurderinger for disse alternativene. Alternativer med tekniske vurderinger 1. Sentral varmeproduksjon, fjernvarme som varmekilde I denne løsningen vil man ha sentral produksjon av varmtvann. Det vil si at man har en stor varmeveksler tilkoblet fjernvarme. Man har enten ingen eller forholdsvis liten lokal akkumulering av forbruksvarmtvann avhenger av avtalen med BKKV. Når behovet for varmt forbruksvarmtvann kommer, leverer veksleren nødvendig varme direkte fra fjernvarmen. Sanitær anlegget ut til byggene fra sentralen består av ledninger for kaldtvann, varmtvann og varmtvannsirkulasjon. Det er sagt lite på BKKV sine generelle føringer om investering for en slik tilkobling utover årlig utgifter til energi og overføringspriser. Det må avklares med BKKV om hva som vil komme som anleggsbidrag i et slikt tilfelle og om BKKV ønsker å ha noe lokalt akkumuleringsvolum. Løsningen vil gi lavest energikarakter av de fire vurderte alternativer og krever minst plass i tekniskrom for energiforsyning. Løsningen vil kreve ca. 10 m² areal for energisentral. 2. Sentral varmeproduksjon, kombinasjon av varmepumpe + fjernvarme som varmekilde Denne løsningen baseres på sentral varmtvannsproduksjon, ved en kombinasjon av varmepumpe og fjernvarme. Løsningen er at man benytter en varmepumpe i kombinasjon med fjernvarme og varmer opp et akkumulert volum av forbruksvann i teknisk sentral til 70 C. Når beboere begynner å dusje om morgenen har man varmtvann klar til forbruk. Akkumuleringsvolumet avkjøles i forhold til forbruket. Varmepumpe og fjernvarme vil i kombinasjon sørge for at summen av akkumulert volum og installert effekt er tilstrekkelig i forhold til forbruk.. Valg av akkumuleringsvolum og effekt til varmepumpe/fjernvarme blir en viktig del av oppgaven slik at systemet klarer å levere varmtvann til alle beboere ved behov men det er ikke overdimensjonert og prisdrivende. Sweco Norge har gjort en vurdering rundt varmtvannsforbruk for boligfeltet og nødvendige akkumuleringsvolum samt effekt. Analysen vår tilsier at en løsning med akkumuleringsvolum på ca. 8400 l (16 stk a 600 l) i kombinasjon med 100 kw momentan effekt er stor nok til å dekke varmt forbruksvann for 180 leiligheter i boligfeltet. Videre ble det vurdert tre ulike kombinasjoner av varmepumper med fjernvarme hvor av første to kombinasjoner benytter fjernvarme som spisslast og backup mens tredje 4 (8)
benytter det kun som back-up. Alle disse kombinasjoner vil kreve avklaringer med BKKV for godkjenning av systemløsningen. Herav er det de tre kombinasjoner; a. Alternativet er at man benytter en luft-vann HFK varmepumpe (med kunstig kuldemedium) som varmer opp kaldtvann fra 5 C til 60 C mens fjernvarme benyttes som supplement for å heve temperatur opp til 70 C. I en slik løsning vil varmepumpe kunne dekke mer enn 60% av energibehovet. Varmepumpe kan ha årlig effektfaktor på ca. 2,60 [-] og vil dermed redusere levert energi til bygget til en vissgrad. Denne løsningen innebærer at man stiller krav til varmepumpens turtemperatur slik at varmepumpen klarer å levere ønsket dekningsgrad. I tillegg er det viktig at varmepumpeløsningen kan legges i umiddelbar nærhet av varmesentral som monoblokk enhet (kan bygges ut i tråd med byggetrinnene). Annen plassering av varmepumpe, som innebærer lange rør strekninger eller splitt enhet, vil medføre større investeringskostnader enn antatt. Evt. konsekvenser for lyd og støy må også ses nærmere på. b. Andre kombinasjon er at man benytter en væsket-vann HFK varmepumpe (med kunstig kuldemedium) som varmer opp kaldtvann fra 5 C til 60 C mens fjernvarme benyttes som supplement for å heve temperatur opp mot 70 C. Varmepumpe henter energien fra energibrønner (borehull i grunn). I en slik løsning vil varmepumpe kunne dekke mer enn 70% av varmebehovet. Varmepumpe vil ha en årlig effektfaktor på ca. 3,0 [-] og vil dermed redusere levert energi til bygget betraktelig På samme måte som luft-vann løsningen må det stilles krav til varmepumpe turtemperatur slik at varmepumpen klarer å levere ønsket dekningsgrad. Løsningen gir stabil drift over flere år, men vil krever en del større investeringer. c. Tredje kombinasjon er at man benytte væske-vann CO2 varmepumpe som oppvarmer varmtvann helt fra 5 C til ønsket lagringstemperatur (70 C). Varmepumpe vil kunne benytte energibrønner som energikilde. Ved denne løsningen vil det da ikke være behov for BKKV som spisslast, men det kan benyttes som back-up. Løsningen dekker 100% behov av varmtvann og det kan vurderes å dele effektbehovet til varmepumpe på 2 maskiner for å øke driftsikkerheten. Dermed kan det søkes om fritak for tilknytting til fjernvarme. Varmepumpe vil ha en årlig effektfaktor på ca. 3,5 [-] og vil dermed kreve vesentlig mindre levert energi til bygget enn TEK10. Valg av løsninger med varmepumpe og akkumulatortanker vil kreve ca. 50 m² areal for energisentral. Økonomiske vurderinger Videre har vi gjort økonomiske vurderinger for de fire alternativene hvor Sweco har benyttet følgende forutsetninger for energibruk til varmtvann, samt økonomiske kostnader. 5 (8)
Tabell 1: Energibruk til forbruksvarmtvann Varmtvannsbehov for alle leiligheter [kwh/år] 423810 Energibruk til varmtvann [kwh/år] 605443 Varmetap mellom tanker og kraner [kwh/år] 30272 Total varmeproduksjon [kwh/år] 635715 Tabell 2: Inndata økonomiske vurderinger Anleggsbridrag FV [NOK] 0 Fastpris FV [NOK/år] 3120 Energi FV [NOK/kWh ] 0,40 overføring FV [NOK/kWh ] 0,33 El-pris [NOK/kWh ] 0,85 Rente [%] 5 % Økonomisklevetid [år] 20 % Levetid luft-vann HFK VP [år] 12 Levetid væskevann HFK VP [år] 20 Levetid væskevann CO2 VP [år] 20 Levetid varmtvannsberedere [år] 20 Levetid brønnpark [år] 40 Basert på disse inndata har vi laget enkelt kalkyle for de fire alternativer med tilhørende lønnsomhetsvurderinger som fremvist i tabell 3. Det kommer fram av vår analyse at direkte tilkobling til BKKV vil kreve minst investering forutsatt at BKKV ikke krever store beløp for anleggsbidrag. Dette er inntil nå lagt til 0 i denne vurderinger. Luft-vann varmepumpe er den nest billigste løsningen etter fjernvarme og vil trenge ca. 800 000 kr i merinvestering for å etablere en lokal energisentral. Løsningen vil gi årlige utgiftbesparelser gjennom å bruke mindre fjernvarme og man vil kunne tilbakebetale investeringen i løpet av 8 år. De to siste alternativene med væskevann varmepumpe og brønnpark krever større investeringer på mellom 1,4 til 2,5 MNOK. Disse alternativene gir høyere energibesparelser og årlige utgiftbesparelser kontra en luft-vann varmepumpe men pga større investeringer kommer de på ca. samme nivå med tilbakebetalingstid med henholdsvis 8 og 10 år. Sett i miljøperspektiv er siste alternativ med CO2 VP den beste løsning med minst mulig klimapåvirkning. 6 (8)
Tabell 3: Lønnsomhetsvurdering for de 04 alternativer Post Enhet Fjernvarme HFK luftvann VP løsning + Fjernvarme HFK væskevann VP + Fjernvarme CO2 væskevann VP + Fjernvarme FV Installert effekt [kw] 1500 100 100 100 VP installert effekt [kw] 0 60 60 100 Antall ladetanker a' 600 l [stk] 0 16 16 14 Effekt backup FV 100 % 100 % 100 % 100 % Energidekningsgrad FV 100 % 40 % 35 % 0 % SCOP VP 0,0 2,5 3 3,5 Investering FV/anleggsbidrag [NOK] 1000000 1000000 1000000 1000000 Investering VP [NOK] 0 300000 270000 1000000 Investering brønnpark [NOK] 0 0 636364 1060606 Investering ladetanker [NOK] 0 384000 384000 336000 Merpris tekniskrom [NOK] 0 120000 150000 160000 Total investering [NOK] 1000000 1804000 2440364 3556606 Re-investering 200000 0 0 Fradrag referanse + restverdi [NOK] 0 0 171818 286364 Merpris [NOK] 0 1004000 1268545 2270242 Låne kostnad + avdrag [NOK/år] -112825 203537 275335 401276 Fastavgifer FV [NOK/år] 3120 3120 3120 3120 Energi FV [NOK/år] 254286 101714 89000 0 Overføring FV [NOK/år] 210549 84220 73692 0 Strømforbruk VP [NOK/år] 0 129686 117078 154388 Vedlikehold [NOK/år] 0 10500 9450 25000 Årlig FDV kostnader eks. investering [NOK/år] 467955 329240 292340 182508 Årlig besparelser [NOK/år] 0 138715 175615 285447 Tilbakebetalingstid [år] 7,2 7,2 8,0 Inntjenningstid (ink. Rentehensyn) [år] 8,8 8,8 9,9 Konklusjon Sweco Norge har gjort en mulighetsanalyse for Nyhaugsveien boligprosjektet og kommet fram til følgende svar til de innledende spørsmål. 1. Hva er mest hensiktsmessig energikvalitet på bygningskropp for å oppfylle tekniske krav? Bygningskroppen må oppføres med kvaliteter gitt i tabell 1 slik at bygningen oppfyller rammekrav satt i TEK10. Videre er det fremvist at ved å sørge for at oppvarmingsbehov ikke overstiger mer enn 40% av total varmebehov er det mulig å velge elektriske panelovner til romoppvarming. Det presiseres at notatet er skrevet iht dagens gjeldende regelverk TEK10. Endring i regelverket kan føre til at kravene endrer seg slik at deler av konklusjoner må tilpasses til evt. endringer i regelverket 7 (8)
2. Hva er hensiktsmessig energiforsyning system til byggeprosjekt? Det er vurdert 04 alternativer til energiforsyning for Nyhaugveien boliger. Vurderingen viser at tilkobling av fjernvarme er billigste og (teknisk) enkleste løsning for prosjektet, mens på andre siden av skalaen ligger CO2 varmepumpe som vil krever ca. 2,3 MNOK i investering. Alle tre alternativene til fjernvarme vil kunne tilbakebetale i løpe av ca. 8 år. Av disse tre løsninger viser luft-vann varmepumpe til å være billigst med et investeringsbehov på 1 MNOK. Samtidig kan luft-vann varmepumpe gi en ustabil drift og en del utfordringer med støy og det må løses i forbindelse med plassering av varmepumpe. Miljømessig har alle tre vp-løsningene positivt resultat for klimareferanse sammenlignet med kun fjernvarme. 8 (8)