Oppnådde resultater og erfaringer ved aktiv oppfølging under normal drift av installerte luft-luft varmepumper Auli kirke Juni 2008
Innhold Oppsummering og konklusjon 3 Oppsummering av oppnådde erfaringer og resultater 3 Konklusjon med anbefaling 3 Bakgrunn for prosjektet 4 Prosjektets mål og hensikt 4 Gjennomføring av prosjektet 4 Kirkens tilstand ved oppstart 5 Bygning 5 Oppvarming og luftfukting 5 Belysning og øvrige elektrisk anlegg 6 Installasjon og idriftsettelse av luft-luft varmepumper 7 Sammenligninger før og etter drift av varmepumper 8 Kirkens bruk og energibruk 8 Kirkens inneklima for bevaring og termisk komfort 13 Bevaringsmiljøets tilstand 13 Innetemperatur og brukerkomfort 14 Varmepumpene fordeler varme effektiv rundt i kirkerommet 15 Varmepumper i drift gir lavere konsentrasjon av støv og partikler enn forventet 15 Moderat støynivå fra varmepumper i drift 16 Estetiske forbedringer ved innbygging av varmepumper 16 Vedlegg 1 Resultater fra utførte partikkelmålinger ved drift av varmepumper 17 1 Resultater fra utførte lydmålinger av varmepumper i drift 20 Side Denne sluttrapporten fra forsøksprosjektet for installasjon og drift av luft-luft varmepumper i kombinasjon med øvrig elektrisk oppvarming i Auli kirke er utført i nært samarbeid med Nes kirkelige fellesråd og Kirkelig Arbeidsgiver- og interesseorganisasjon (KA). Miljø & RessursDrift med ansvar for faglig innhold har utarbeidet denne skriftlige dokumentasjon. @BCL@500D961D 2
Oppsummering og konklusjon Dette forsøksprosjektet er gjennomført av Nes kirkelige fellesråd i samarbeid med Kirkens Arbeidsgiver og interesseorganisasjon (KA) og med støtte fra Riksantikvaren for å vinne praktiske erfaringer med installasjon og drift av luft-luft varmepumper i aktuelle kirkebygg. Auli kirke ble valgt ut som aktuell forsøkskirke. Kirken er en liten bygdekirke med relativt liten bruk som har gjennomført brukstilpasset oppvarming med relativt lav hviletemperatur de siste årene. Energibruken har i gjennomsnitt ligget rundt 26 900 kwh/år lik 140 kwh/m 2 år eller 33 kwh/m 3 år som er relativt lavt. Kirken hadde før oppstart av dette prosjektet tradisjonell elektrisk oppvarming med rørovner under benkene og konvektorer langs vegger i kirkens kor og sakristier. Prosjektet startet opp høsten 2006 med godkjennelse fra biskopen. Innledende oppfølgingsperiode med ukentlig registreringer av kirkens bruk og energibruk ble startet opp samme høst. Samtidig ble det utført målinger av kirkens inneklima (temperatur og luftfuktighet) og tilført elektrisk effekt (kw). Tidlig februar ble aktuelle leverandører av varmepumper invitert til et orienteringsmøte og befaring i kirken. Dette resulterte i alternative forslag til teknisk løsning og pristilbud på fra fire leverandører. Ut i fra god løsning og pris ble leverandør valgt med inngåelse av kontrakt for gjennomføring. Luftluft varmepumpene ble installert og idriftsatt høsten 2007 ved fyringssesongens begynnelse. Ny oppfølgingsperiode ble gjennomført med ukentlig registrering av kirkens bruk og energibruk. Videre ble samme type målinger av inneklima og tilført elektrisk effekt utført gjennom hele fyringssesongen til ut på forsommeren inneværende år. I tillegg ble det gjennomført målinger av luftens partikkelinnhold, støynivå og luftbevegelser med varmepumpene i drift. Oppsummering av oppnådde erfaringer og resultater Ganske tidlig under den siste oppfølgingsperioden var det tydelige indikasjoner på at de forventede energibesparelser uteble. En grundig gjennomgang og aktiv bruk av måleresultater avdekket flere forhold som forårsaket dette. Dette førte til nødvendige justeringer av eksisterende ombygde varmestyring og utkopling av varmeovner i kor (da disse ikke var tilkoplet varmestyringen) og kortere oppvarmingsperioder spesielt ved gudstjenester på søndager. Videre ble dører til sakristiene forsøkt holdt lukket i stor grad. Ut i fra dette er følgende resultater og erfaringer oppnådd varmepumpene under riktigere drift: gir tilstrekkelig varme gjennom store deler av fyringssesongen selv om de er dimensjonert for å levere grunnvarme (ved hviletemperatur) og litt til reduserer den elektriske energibruken med rundt 50 % fra tidligere år etter at ovennevnte forbedringer og justeringer er gjennomført og at dette opprettholdes fremover gir god og jevn fordeling av varmen rundt til alle brukerområder i kirkerommet gir ingen oppvirvling av støv og partikler verken av små eller større partikler gir akseptabelt støynivå ved drift på lavere hastigheter og redusert kapasitet er mer estetisk akseptable ved hel eller delvis innbygging både ute og inne Dette viser at forsøksprosjektet i Auli kirke langt på vei har svart til forventningene både når det gjelder varmepumpenes driftsstabilitet og ytelse. Utfordringen har vært å oppnå en god samkjøring av varmepumpene og det eksisterende varmesystem med rørovner og konvektorer i kirkerommet og de tilgrensede rom. Det er nok ønskelig med et felles system for varmestyring på sikt for å sikre en enda bedre samkjøring av disse oppvarmingssystemene. I tillegg viser kirkens brukstilpassede oppvarming å gi relativt gode bevarings- og komfortmessige forhold. Konklusjon Luft-luft varmepumper kan sammen med eksisterende oppvarming være et godt alternativ for å oppnå brukstilpasset oppvarming og betydelige reduksjoner i kirkens energibruk. Det må imidlertid legges vekt på estetikk ved installasjon med riktig og brukervennlig varmestyring under drift. @BCL@500D961D 3
Bakgrunn for prosjektet KA har i prosjektet Kirkeoppvarming, energieffektiv og miljøvennlig (KME) og senere arbeidet aktivt med problematikken rundt kirkeoppvarming og inneklima. Gjennom dette arbeid har spørsmål om råd i forbindelse med installasjon av luft til luft varmepumper blitt et aktuelt tema. Nes kirkelige fellesråds ved leder og kirkeverge tok i oktober 2006 kontakt med KA med spørsmål om KA kunne tenke seg å delta i et prøveprosjekt med installasjon av luft til luft varmepumpe i Auli kirke. Det er tidligere installert luft-luft varmepumper i noen kirker tidligere, men erfaringer og resultater fra drift av disse installasjonene er foreløpig lite eller mangelfullt dokumentert. Ut i fra dette så KA dette som et interessant prosjekt og ønsket å bistå Nes kirkelige fellesråd med faglig kunnskap og grundig oppfølging for å vinne praktiske erfaringer med denne type varmesystem. Prosjektets mål og hensikt Hensikten er å prøve ut luft-luft varmepumper i kirkebygg som et mer miljøriktig og bedre ressursmessig oppvarmingsalternativ. Dette som et viktig supplement til dagens rådende elektriske oppvarming (over 95 % av våre kirker er elektrisk oppvarmet). Målet med dette forsøksprosjektet var å vise hvilke forhold som er viktige å legge vekt på under planlegging og installasjon til idriftsettelse. Hvordan bør disse varmepumpene driftes i kombinasjon med eksisterende elektriske oppvarming for å gi best mulig bevaringsmiljø og effektiv energibruk i kombinasjon med gode termiske forhold når kirken er i bruk. Gjennomføring av prosjektet Innledningsvis søkte Nes kirkelige fellesråd i samarbeid med KA om godkjenning til gjennomføringen av dette forsøksprosjektet fra biskopen i Borg. I desember 2006 ble forsøksprosjektet godkjent for gjennomføring. Prosjektet ble innledet med å kartlegge kirkens bruk, energibruk og inneklimatiske forhold sammen med dagens bygningsmessige og tekniske tilstand. I den forbindelse ble det gjennomført registrering av kirkens bruk og energibruk av kirkens kirketjener ukentlig. Videre ble det igangsatt målinger av temperaturen og luftfuktigheten ved noen representative steder inne i kirkerommet og ute sammen med samlet tilført elektrisk effekt til kirkerommet. Dette ble gjennomført fra januar til april 2007. Videre ble aktuelle leverandører invitert til et orienteringsmøte og befaring med ønsker om installasjon av luft-luft varmepumper i kirken. Ut i fra dette ble interesserte leverandører invitert til å komme med forslag til gode tekniske løsninger med pristilbud og forventet årlig energibesparelse. Nes kirkelige fellesråd mottok pristilbud fra 4 leverandører med forskjellig type varmepumpeløsninger kombinert med kirkens eksisterende elektriske oppvarming. Pristilbudenes størrelse varierte fra rundt 30.-60.000 kr. ekskl. mva.. Videre ble hvert enkelt tilbud gjennomgått og vurdert med hensyn til teknisk løsning, pris, forventet/garantert energibesparelse og estetisk påvirkning både ute og inne. Etter en noe tidkrevende avklaringsrunde med leverandørene ble pristilbudet og løsningen til varmepumper fra firmaet Trolis El-verksted på Årnes akseptert og kontrakt om gjennomføring ble inngått i begynnelsen av september. I løpet av første halvdel av oktober ble varmepumpene installert og eksisterende enkle varmeautomatikk ombygd og justert for å kunne oppnå god samkjøring og styring mellom de eksisterende varmeovner og varmepumper. Den samlede kostnad for installasjon og idriftsettelse varmepumper med nødvendig ombygging av varmeautomatikk utgjorde rundt kr.40.000 ekskl. mva.. Like etter at varmepumpene var i ordinær drift ble de samme rutiner for aktiv oppfølging av kirkens bruk, energibruk og inneklimatiske forhold startet opp på nytt. Målingene av kirkens inneklima over tid som også ble satt i gang, var noe mer omfattende enn tidligere. Disse målingene ble startet opp i november og utført gjennom hele vinteren og frem til mai i 2008. I tillegg ble det også gjennomført øyeblikksmålinger av luftens innhold av støv og partikler både før og under drift. Målinger av støynivået fra varmepumpene både i halv og full drift ble også utført. Videre ble det også foretatt @BCL@500D961D 4
røykprøver som ble tatt opp på video for å se nærmere på hvordan varmepumpene distribuerer og fordeler den oppvarmede luft rundt i kirkerommet. Oppnådde erfaringer og resultater med en grundig vurdering av hvordan varmepumpene har driftsmessig fungert er utarbeidet i denne rapporten. Kirkens tilstand ved oppstart Kirken ble i 1907 oppført som en langkirke med rundt 150 sitteplasser. Kirken har et samlet bruksareal på 197 m 2 med et samlet brutto bebygd areal og volum på henholdsvis 216 m 2 og 885 m 3. Kirkens brutto oppvarmede areal og volum er på henholdsvis 192 m 2 og 803 m 3 Bygning Kirken er bygget opp av relativt tykke tømmervegger (6 tømmer) panelt både inn- og utvendig med noe isolasjon (3-4 cm) mellom innvendig panel og tømmervegg. Vinduene består stort sett av 2-lags inn- og utadslående ruter med vanlig glass, se foto nedenfor. Ingen utettheter er påvist mellom vinduskarmer og yttervegger. Kirken har skrå himling som er isolert med plater og matter i mineralull med en anslått gjennomsnittlig tykkelse på 15 cm mot kaldt loft, se foto nedenfor til venstre. Kirken fikk nytt gulv som ble foret opp og lagt over det gamle for en del år siden. Det ble samtidig isolert med 5 cm mineralull i hulrommet mellom gulvene. Det ble også påvist en del utettheter rundt ytterdører i våpenhus og i dører mellom kirkerom og hovedinngang, se foto og termofoto nedenfor til høyre. Etterisolert kaldt loft Vindu i kirkeskip Utettheter hoveddør Kirkebygget er i god vedlikeholdsmessig stand relativt godt varmeisolert og med få påviste utettheter. Dette gir moderate varmetap gjennom kirkens bygning i kalde vinterperioder. Oppvarming og luftfukting Kirken er direkte elektrisk oppvarmet. Kirkens kor blir varmet opp av nyere konvektorer (såkalte luftgjennomstrømningsovner) med innebygd termostat. Benkeområdet nede i kirkens skip blir varmet opp i en kombinasjon av eldre og nyere glatte rørovner plassert på gulv omtrent under hver faste benkrad, se foto nedenfor til venstre. Kirkens sakristier og hovedinngang i våpenhus blir varmet opp av samme type konvektor som i kirkens kor, se foto nedenfor. Eldre rørovn u/benk Nyere rørovn u/benk Konvektor våpenhus Enkel varmestyring @BCL@500D961D 5
Gjennom opptelling av elektriske varmekilder i kirkerommet og de øvrige lokaler fremkom følgende oversikt over samlet effekt til oppvarming og hvordan dette fordeler seg på de enkelte lokaler i kirken ved oppstart av forsøksprosjektet, se tabellen nedenfor. Areal Volum Installert varmeeffekt Område (m 2 ) (m 3 ) (kw) (W/m 2 ) (W/m 3 ) Kor 17 80 2,0 118 25 Skip og benkeområde 115 620 23,2 177 37 Galleri *) 16 - - - - Samlet for kirkerommet 148 700 25,2 170 36 Sakristier + hovedinngang 44 110 3,2 73 29 Våpenhus 2.etg. - Vindfang 24 80 - - - Hele kirken 216 890 28,4 131 32 * ) Gallerienes areal og volum er tillagt et samlet areal og volum for kirkens skip Oversikt over samlet effekt til oppvarming ved oppstart fordelt på de enkelte brukerområder i kirken Den samlede installerte effekt til oppvarming utgjør 28,4 kw lik 131 W/m 2 eller 32 W/m 3. Dette tyder på at dagens installerte effekt til oppvarming var stort sett tilstrekkelig i kirkerommet for å kunne gjennomføre brukstilpasset oppvarming også i meget kalde vinterperioder. Oppvarmingen i sakristiene synes også å ha tilstrekkelig kapasitet til å gjennomføre brukstilpasset oppvarming. Dette viser at tilgjengelig effekt til oppvarming var tilstrekkelig for å kunne gjennomføre effektiv brukstilpasset oppvarming med lave hviletemperaturer gjennom store deler av fyringssesongen for både kirkerommet og sakristier. Oppvarmingen av kirkerommet blir styrt delvis automatisk av et enkelt og brukervennlig system plassert lett tilgjengelig i kirkens våpenhus, se foto på foregående side til høyre. Dette systemet regulerer ønsket temperatur for kun oppvarmingen i kirkerommet fra rørovnene. Oppvarmingen blir stort sett satt på manuelt med en fast oppvarmingstid på 6 timer. Oppvarmingen kan imidlertid avbrytes manuelt, når det er behov for dette. På søndager til gudstjenester blir ofte den automatiske muligheten for tidsstyring benyttet. Denne setter på varmen 5 timer før gudstjenesten. De øvrige ovnene i kirkens kor, sakristier og i hovedinngang styres manuelt med automatisk regulering temperaturen (av den innebygde termostaten). Dette varmestyringssystemet har gjort det relativt enkelt å gjennomføre en brukstilpasset oppvarming med relativ lav hviletemperatur, når kirken ikke er i bruk. Kirken benytter ingen form for mekanisk luftfukting. Belysning og øvrig elektrisk anlegg Belysningen besørges hovedsakelig av glødelampebelysning fra lysekroner og lampetter i kirkerom med spotbelysning i kirkens kor, se foto nedenfor til venstre. På galleriet er det i tillegg plassbelysning på organistplassen. I sakristiene besørges belysningen av glødelampebelysning fra tak og på vegger. Lysekroner og lampetter i kirkerom Halogenpærer i fasadebelysning Elektrisk hovedtavle i 2.etg. våpenhus Eldre utstyr og elmåler i hovedtavle @BCL@500D961D 6
Kirkens elektriske hovedtavle er plassert i våpenhuset i 2. etasje og består av en del eldre utstyr og komponenter. Alle elektriske kurser har stort sett eldre skrusikringer, se foto på foregående side. høyre. Kirkens hovedsikringer tåler en belastning på 3x 80 Ampere. Det ble avdekket høy temperatur og varmgang i hovedsikringens midtre fase under en rask termografering av alle kurser ved full innkoplet effekt. Dette ble reparert av elektriker umiddelbart. De øvrige komponenter i den elektriske hovedtavlen viste seg å være i god funksjonell stand. Installasjon og idriftsettelse av luft-luft varmepumper Høsten 2007 ble to luft-luft varmepumper installert i kirken. Dette ble utført av Troli El-verksted på Årnes i løpet av en 14 dagers tid rundt månedsskifte september/oktober. Det ble installert en varmepumpe for oppvarming fremre deler av kirkerommet. Varmepumpens innedel (fordamperen) ble plassert oppe på veggen i kirkens kor nær inngang til prestesakristiet med utedelen (kondensatoren) ble installert like utenfor på fasaden, se foto til venstre nedenfor. Den andre varmepumpen ble installert for oppvarming av de midtre og bakre deler av kirkerommet. Varmepumpens innedel ble plassert oppe på veggen under galleriet ved kirkens hovedinngang med utedelen installert like utenfor på fasaden, se foto til høyre nedenfor. VP innedel i kor VP utedel for kor VP innedel u/galleri VP utedel kirkeskip Plasseringen av luft-luft varmepumpenes forskjellige hoveddeler er vist på plantegningen av kirken nedenfor. Varmepumpene som er levert og installert er utstyrt med såkalt inverter-teknologi med andre ord trinnløs regulering av varmepumpens kompressor som reduserer slitasjen og gir bedre virkningsgrad sammenlignet med mer tradisjonelle typer. Dette resulterer i at varmepumpen slår om til energisparing når kirkerommet når den innstilte brukstemperatur. Varmepumpenes tekniske spesifikasjoner og forventede driftsdata er vist i oversikten på neste side. @BCL@500D961D 7
Varmepumpene som er installert i Auli kirke er av fabrikat og type - Fujitsu Arctic12 Varmepumpene er av fabrikat og typen Fujitsu Arctic12 (ASYA 12 LCC) som er konstruert for reversibel drift, dvs. den avgir varme i fyringssesongen og kan gi kjøling om sommeren om ønskelig. Den enkelte varmepumpe kan dermed avgi en varmeffekt på opptil 6,7 kw med en varmefaktor på rundt 4. Det vil si at varmepumpen kan avgi denne varmeffekten ved bruk av en fjerde del elektrisk energi. De andre 3 fjerde delene er gratis varmeenergi tatt ut fra luften og omgivelsene utenfor kirken. Ut i fra de tekniske spesifikasjoner ovenfor reduseres varmepumpens avgitte varmeeffekt med synkende lufttemperatur ute - ned til rundt 4 kw ved -7 o C i henhold til tabellen ovenfor. Dette er viktig å være klar over under drift og bruk av varmepumper. Denne type varmepumpe gir også en betydelig kjøleeffekt om sommeren under reversibel drift som luftkjøler på rundt 4,3 kw. Varmepumpen som skal betjene de midtre og bakre deler av kirkerommet ble tilkoplet en ny elektrisk kurs. Dette gir bedre muligheter for varmestyring og bedre kontroll med teknisk drift. Varmepumpen som skal betjene kirkens kor og fremre deler av kirkerommet ble imidlertid elektrisk tilkoplet kursen for varmeovner i sakristier. I tillegg ble det gjort en enkel ombygging av kirkerommets termostat for rørovnene, slik at disse var innstilt på innkopling av varmeeffekt ved temperaturer rundt 3 o C under innstilt hviletemperatur på varmepumpene. To separate automatiske styrings- og reguleringssystem i samme rom krever erfaringsvis oppmerksomhet og fokus under den videre driftsfasen. Sammenligninger før og etter drift av luft-luft varmepumper For å få en oversikt over hvordan luft-luft varmepumper funksjonerer og påvirker kirkens energibruk og inneklima er det gjennomført en aktiv kartlegging og oppfølging fra oktober i fjor og frem til rundt midten av mai i år. Dette har gitt verdifulle erfaringer og resultater gjennom en hel fyringssesong med varmepumper i drift i kombinasjon med eksisterende varmesystem. Da det er forventet store besparelser i energibruk og kostnader er det interessant først å sammenligne kirkens bruk og energibruk både før og etter drift av varmepumpene. Kirkens bruk og energibruk Det er gjennomført ukentlige registreringer av kirkens bruk og energibruk av kirkens kirketjener i en lengre periode både før og etter installasjon og drift av varmepumpene. Første registreringsperiode (før varmepumper) ble gjennomført fra januar til april i fjor og den andre (etter varmepumper) ble gjennomført fra begynnelsen av januar til mai inneværende år. De ukentlige registreringer av kirkens bruk med type aktiviteter, brukstid og besøkende blir derfor viktige som en referanse, når brukstilpasset oppvarming er gjennomført både før og etter drift av varmepumper. Dette danner grunnlaget for en mest mulig riktig sammenligning av energibruken både før og etter normal drift av varmepumpene. @BCL@500D961D 8
Bruk og besøkende I første periode ble det registrert fra uke 3 til uke 15 i fjor en gjennomføring av 19 aktiviteter med en samlet brukstid på rundt 24 timer og med 730 besøkende. I den andre perioden etter installasjon av varmepumpene ble det registret fra uke 2 til uke 20 i år en gjennomføring av 27 aktiviteter med en samlet brukstid på 35 timer og med 1020 besøkende. Dette gir følgende gjennomsnittstall for kirkens bruk og besøkende både før og etter drift av varmepumpene. Varmepumper Registrerte uker Aktiviteter (antall/uke) Brukstid (timer/uke) Besøkende (antall/uke) Før 13 1-2 1-2 55-60 Etter 21 1-2 1-2 50-55 Dette viser at kirkens bruk før og etter drift av varmepumper er omtrent lik og uforandret i vintermånedene frem mot vår og forsommer. Samlet energibruk Kirkens avregnede årlige energibruk er innhentet fra nettoperatøren for el-kraft i distriktet. Følgende årlige energibruk er avregnet i årene fra 2001 og frem til 2007, se oversikten nedenfor. År Energibruk (kwh) 2001 24 460 2002 27 360 2003 27 356 2004 23 520 2005 23 360 2006 20 440 2007 23 160 Oversikten viser at kirkens energibruk er noe høyere i 2002 og 2003 enn for de andre årene. For å kunne gjøre en direkte sammenligning av energibruken fra år til år må det tas hensyn til variasjoner i kalde og varme år. Dette viser seg erfaringsvis å ha en viss betydning. Derfor bør den årlige energibruk til oppvarming såkalt graddagskorrigeres eller normaliseres for eventuelt kalde og varme år. Ut i fra tidligere erfaringer med ukentlige energiregistreringer i lignende typer kirker vil energibruken til oppvarming utgjøre rundt 85% av den samlede energibruk. For å fastlegge kirkens energibruk før drift av varmepumper ble energibruken fra år 2003-2006 normalisert og lagt til grunn for gjennomsnittlig og representativ energibruk, se diagram nedenfor. 35 000 Normalisert energibruk (kwh/år) 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 29 524 26 018 26 749 25 341 26 908 Gjennomsnitt Fast el.kraft 0 2003 2004 2005 2006 Gj.sn. Normalisert energibruk for Auli kirke i årene fra 2003-2006 @BCL@500D961D 9
Dette viser en gjennomsnittlig normalisert energibruk for kirken før installasjon og drift av varmepumper på 26 900 kwh/år lik 140 kwh/m 2 år eller 33 kwh/m 3 år. Sammenlignet med andre kirker som gjennomfører brukstilpasset oppvarming er dette lavt til middels høyt. Med en anslått energipris (inkl. kraft og nettleie) på rundt 0,80 kr/kwh ekskl. mva. utgjorde de årlige kostnadene da rundt kr. 21 500 årlig ekskl. mva.. De første energibruksregistreringene og avregningene viste liten eller ingen reduksjon i energibruken på høsten i fjor like etter idriftsettelsen av varmepumpene. Dette ble ytterligere bekreftet av avregnet energibruk for hele 2007, se diagrammet for sammenligning av normalisert gjennomsnittlig energibruk (før varmepumper) og fjoråret med installasjon av varmepumper på høsten. 30000 25000 Normalisert energibruk (kwh/år) 20000 15000 10000 26 900 26 021 Energibruk 2007 Energibruk 2003-2006 (gjennomsnitt) 5000 0 0 0 2003-2006 2007 Sammenligning av normalisert energibruk for Auli kirke i 2003-2006 og 2007 Diagrammet viser at kirkens energibruk er stort sett uendret. Det var en forventet en mindre reduksjon i energibruken i fjor etter at varmepumpene hadde vært i drift 2-3 måneder på høsten. Dette var første signal om at driften av varmepumpene i kombinasjon med kirkens øvrige oppvarming ikke ga de resultater som var forventet. Medio februar ved tømming av de benyttede dataloggere for termisk inneklima i kirkerommet og tilført elektriske effekt ble det gjort en grundig gjennomgang med utgangspunkt i måleresultatene. Diagrammet viser høy hviletemperatur på grunn av stadig varmeffekt som er innkoplet @BCL@500D961D 10
Under gjennomgangen av varmepumpenes drift i kombinasjon med eksisterende oppvarming ble det raskt avdekket at den ønskede hviletemperatur sjelden sank ned til rundt 10 o C som eksempelvis vist på diagrammet på foregående side. Videre viser diagrammet at mye høyere elektrisk effekt tilføres kirken enn hva varmepumpene trenger til sin drift. Diagrammet viser at varmepumpen i de bakre deler av kirkerommet kun er i drift under oppvarmingsperioden. Slik skal varmepumpene fungere. Resultatet fra de pågående målinger av inneklimaet viser at det tidvis gjennomføres for lange perioder med oppvarming nær brukstemperatur. Diagrammet nedenfor viser et eksempel på dette. Diagrammet viser unødvendig lang oppvarming også med bruk av rørovner Varmepumpene blir satt på fredag formiddag og var i drift og sørget for vedlikeholdsvarme rundt 20 o C frem til søndag. Søndag morgen før kl. 06.00 koples rørovnene inn slik at temperaturen i kirkerommet heves ytterligere til 22-23 o C før gudstjenesten. Dette har skjedd i noen tilfeller etter at varmepumpene ble satt i drift. Med utgangspunkt i disse hendelser og diskusjoner med både kirkens driftsansvarlige og installatøren av varmepumpene ble det enighet om følgende årsaker til ovennevnte driftsforhold og problemer: Hviletemperaturen kommer ikke langt nok ned, da eksisterende varmeovner i kirkens kor og sakristier stort sett er innkoplet - for høy innstilt temperatur på innebygd termostat For høy innstilt brukstemperatur i kirkerommet da eksisterende automatikk ikke er justert i forhold til ombygging/justering av termostat (3 o C lavere enn varmepumpenes termostat) Til tider unødvendig lange oppvarmingsperioder i kirkerommet spesielt i forbindelse med gudstjenestene Videre ble det full enighet om å gjennomføre følgende justeringer og forbedringer for å oppnå bedre styring og samhandling mellom varmepumpene og den eksisterende oppvarming av kirkerommet: Varmeovn i kor bør enten slås av eller koples fra/fjernes Termostater på varmeovner i sakristi må settes ned så langt det er mulig, samtidig som dørene mot kirkerommet holdes lukket, når kirken ikke er bruk Varmeovnene i sakristier bør helst skilles ut som egne varmesoner og elektriske kurser dette gjelder også alternativt varmeovn i kor Ønsket brukstemperatur i eksisterende varmestyringssystem stilles ned til 17 o C Bruk kun varmepumpene til oppvarming av kirkerommet så langt det lar seg gjøre Start oppvarming til gudstjenester kortest mulig tid i forveien forsøksvis tidlig på morgenen om søndagene (ved bruk av den eksisterende varmestyringens standardprogram for dette) @BCL@500D961D 11
Kirkens driftsansvarlige sammen med leverandøren av varmepumpene fikk ansvar for påse at disse justeringer og forbedringer ble utført umiddelbart etter denne gjennomgangen av både varmepumper, eksisterende oppvarming og styringsautomatikk. Videre ble det fortsatt gjennomført ukentlige registrering av kirkens bruk og energibruk sammen med målinger av inneklima og tilført elektrisk effekt til kirken utover senvinteren og våren. Resultatene fra denne viktige oppfølgingsperioden er vist av diagrammet nedenfor. Diagrammet viser inneklimaet og tilført elektrisk effekt gjennom denne oppfølgingsperioden Diagrammet viser kurvene for tilført elektrisk effekt til varmepumpene i kor og fremre skip (rødfiolet) og i midtre og bakre skip (blåfiolet). Kurvene viser at varmepumpene er i drift både under hvileperiodene og under oppvarmingsperiodene. Riktignok viser også diagrammet at rørovnene enkelte ganger bidrar til oppvarmingen av kirkerommet i en kortere periode (se diagram grågrønn kurve). Det skulle strengt tatt ikke være nødvendig å benytte rørovnene ved så milde til moderate temperaturer ute. Det synes nødvendig å gjennomføre ytterligere justeringer av det eksisterende systemet for varmestyringen mellom varmepumper og rørovner. For denne oppfølgingsperioden er det også gjort en sammenligning av registret energibruk for uke 9 til uke 16 med (2008) og uten (2007) varmepumper i drift. Dette viser at energibruken er betydelig lavere med bedret drift av varmepumpene sammenlignet kun med oppvarming av kirken med tradisjonell elektrisk oppvarming. Samlet energibruk i denne perioden var 4 100 kwh i fjor, mens energibruken ble redusert til 2 300 kwh i år med installasjon og drift av varmepumper. @BCL@500D961D 12
Dette gir en energibesparelse i løpet av 8 uker på senvinteren og våren på 1800 kwh som utgjør en reduksjon på 44 %. I tillegg viser den gjennomsnittlige temperaturen og være lavere i inneværende år på henholdsvis +0,9 o C (i 2008) og +3,4 o C (i 2007) for denne sammenligningsperioden. Ut i fra dette resultatet skulle det være mulig å oppnå en årlig energibesparelse som ligger over 50 % i løpet av dette året, hvis automatikken til varmestyringen justeres og forbedres ytterligere. Kirkens inneklima for bevaring og termisk komfort For å kunne fastlegge og dokumentere de inneklimatiske forhold ble det satt i gang kontinuerlige målinger av temperatur og luftfuktighet ute og i de mest representative brukerområdene i kirkerommet. I tillegg ble tilført elektrisk effekt samlet for kirken målt i oppfølgingsperioden før installasjon og drift av varmepumpene. Det samme ble gjort i oppfølgingsperioden etter installasjon av varmepumpene. Riktignok ble disse målingene utført med noen flere målepunkter av temperatur og luftfuktighet i kirkerommet. I tillegg ble tilført effekt for hver av varmepumpene målt., se oversikten og foto nedenfor. Målinger før varmepumper Målinger etter varmepumper Temperatur og luftfuktighet Temperatur og luftfuktighet *I kirkens kor *I kirkens kor *Ved Prekestol *Ved Prekestol *I benkerad bak i kirkerommet *På vegg i benkerad høyre side *Ute *På vegg ved benkerad venstre side *På galleri ved organistplass *Ute Tilført elektrisk effekt Tilført elektrisk effekt *På hovedinntak (samlet for kirken) *På hovedinntak (samlet for kirken) *På varmepumpe kor+varmeovner i kor/sakristier *På varmepumpe skip Oversikt over datalogger benyttet ved målinger før og etter drift av varmepumper Logger under benk i bakre kirkeskip Logger i prekestol i fremre skip Logger på hovedinntak (samlet for kirken) Logger på elkurs VP bak i kirkeskip Det ble gjennomført 3 måleperioder med tømming av data for alle utplasserte loggere i første oppfølgingsperiode før installasjon av varmepumper. Videre ble det gjennomført 4 måleperioder for andre oppfølgingsperiode etter drift av varmepumper. Måleresultatene er bearbeidet og presentert i diagrammer som er vist på de foregående sider. I tillegg er de benyttet til å sammenligne og vurdere kirkens inneklima både med hensyn til bevaring av kirkens bygning og interiør og hvordan de termiske forhold er i kirkerommet under bruk. Bevaringsmiljøets tilstand For å se nærmere hvordan inneklimaet inne i kirkerommet endret seg utover oppfølgingsperioden er det foretatt en sammenligning av gjennomsnittlig lufttemperatur og relativ luftfuktighet ved utvalgte måleperioder både før og etter drift av varmepumpene. Resultatet fra disse målingene er sammenfattet i tabellen på neste side. @BCL@500D961D 13
Før varmepumper (2007) Etter Varmepumper (2008) 8/1-19/2 19/2-26/3 26/3-5/5 8/1-19/2 19/2-26/3 26/3-5/5 Luftfuktighet (% RF) *Fremre kirkerom 38,5 39,6 38,6 35,5 40,5 43,3 *Bakre kirkerom 39,4 38,9 37,4 36,4 41,3 44,7 *Ved organist 39,3 39,4 37,9 36,8 40,8 43,9 *Ute 95,4 87,5 82,3 95,1 85,2 97,9 Temperatur ( o C) *Fremre kirkerom 11,9 12,4 14,3 15,2 11,7 13,9 *Bakre kirkerom 11,4 11,9 13,6 14,6 11,2 13,4 *Ved organist 11,2 12,1 13,8 13,9 11,3 13,1 *Ute -3,9 0,5 4,2-0,3 0,4 3,5 Gjennomsnittlig målt luftfuktighet og temperatur i kirkerommet før og etter drift av varmepumper Resultatet av disse målingene viser at luftfuktigheten var noe høyere i måleperiode 1 (8/1-19/2) før drift av varmepumper enn etter. Dette skyldes at den gjennomsnittlig temperaturen var betydelig høyere etter drift av varmepumpene og de samkjøringsproblemene som er nevnt tidligere. I måleperiode 2 (19/2-26/3) og måleperiode 3 (26/3-5/5) var luftfuktigheten lavere med varmepumpene i drift sammenlignet med kun drift av eksisterende oppvarming. Dette viser at luftfuktigheten i kirkerommet er minst like høy med drift av de nylig installert luft-luft varmepumper. Det disse målingene og undersøkelsene foreløpig ikke kan gi godt nok svar på er om de økte luftbevegeler fra varmepumpene vil resultere i en raskere uttørking av overflaten til bygningsdeler og interiør i kirkerommet. Dette vil sannsynligvis ikke kunne registreres før etter noen års drift av varmepumpene. Likevel synes det mindre sannsynlig for at uttørkingen vil være dramatisk i dette tilfelle. Så langt viser oppfølgingen og målingene under drift av denne type varmepumper at bevaringsmiljøet ikke er nevneverdig endret sammenlignet med bruk av tidligere oppvarming. Innetemperatur og brukerkomfort De gjennomførte målinger over tid gir en god indikasjon på hvordan inneklimaet i kirkerommet er før og etter drift av varmepumper. Nedenfor er vist et eksempel på en oppvarmingsperiode med eksisterende rørovner og konvektorer i kor og et annet eksempel på oppvarming med varmepumper, se diagram nedenfor. Eksempel 1 Oppvarming ved eksisterende rørovner ved en temperatur ute mellom -2 o C og +2 o C Eksempel 2 Oppvarming ved varmepumper ved en temperatur ute mellom 0 o C og +5 o C Under begge oppvarmingssituasjoner legges det inn full elektrisk effekt under første del av oppvarmingsperioden for deretter å gå inn i en periode med såkalt vedlikeholdsvarme, se diagram til @BCL@500D961D 14
venstre på foregående side. Oppvarmingsperioden med varmepumper viser at full (men lav) effekt ligger inne hele tiden. På grunn av varmepumpenes lavere avgitte effekt sammenlignet med rørovnene vil oppvarmingen skje noe langsommere, se diagram til høyre på foregående side. Med tilstrekkelig oppvarmingstid for begge oppvarmingsalternativ vil det oppnås tilnærmet likt temperaturnivå på rundt 19-20oC i de fleste områder i kirkerommet. Riktignok ser det ut for at oppvarmingen med varmepumper gir lavere temperaturen enn forventet. Stort sett viser disse eksemplene at de termiske forholdene i kirkerommet blir akseptable også ved kun oppvarming med varmepumper, når det legges inn lang nok oppvarmingstid. I kaldere vinterperioder kan imidlertid oppvarmingstiden bli meget lang som igjen kan være skadelig for kirkens interiør og orgel bevaringsmessig. Varmepumpene fordeler varme effektivt rundt i kirkerommet Ved tømmingen av dataloggere i begynnelsen av januar ble det foretatt en nærmere undersøkelse for å kartlegge varmepumpenes evne til å distribuere og fordele varmen rundt i kirkerommet. I den forbindelse ble det gjennomført såkalte røykprøver for å se nærmere på luftbevegelsene fra begge varmepumper. Første røykprøve ble gjennomført ved tenning av en røykampulle nær utblåsningen til varmepumpen under galleriet. Varmepumpen i kirkens kor var samtidig i drift. Det ble samtidig gjort opptak med video for i etterkant å studere luftbevegelsene nærmere. Allerede etter 4 minutter var hele rommet fylt med røyk jevnt fordelt i kirkerommet. Etter en lengre luftepause ble det andre røykprøven gjennomført for varmepumpen i kirkens kor med omtrent samme resultat. Ved nærmere studering av videoopptakene kan det slås fast at varmepumpene distribuere og fordeler varmen jevnt utover til kirkens brukerområder uten sjenerende trekk for de som måtte oppholde seg der. Varmepumper i drift gir lavere konsentrasjon av støv og partikler enn forventet Varmepumpene distribuerer varmen ved lufttransport rundt i kirkerommet. Av den grunn er det viktig å få kartlagt om disse luftbevegelsene medfører oppvirvling og transport av støv og partikler i kirkerommet som igjen kan føre til svertning på kalde bygningsdeler og interiør. I den forbindelse ble det gjennomført øyeblikksmålinger av luftens partikkelinnhold både ute og inne flere steder i kirkerommet. Det ble gjennomført målinger før varmpumpene ble satt i drift. Videre målinger ble gjennomført både etter 1/2 og 1-2 timers drift av varmepumpene. Målingen ble utført samme dag som røykprøvene dog før disse ble gjennomført. Det ble selvsagt også utført målinger av støv og partikler nær varmepumpenes utblåsningsinnretning, se foto nedenfor. Måling nær VP i kor ved alter Måling nær VP under galleri Måling av uteluft ved VP for bakre skip Målinger krever gode notater i tabellform Det ble benyttet en såkalt godkjent og kalibrert partikkelteller under målingene, se foto ovenfor. Denne teller partikler etter standardiserte partikkelstørrelselser (fra 0,3um til over 3,0um). Resultatet fra disse målingene er presentert i sin helhet i denne rapportens vedlegg 1. På basis av disse målingene kan vi konkludere med at støv og partikkelinnholdet er høyere utenfor kirken enn inne i kirkerommet. Dette gjelder alle partikkelstørrelser. Samtidig viser målingene at partikkelmengden ikke øker under drift av varmepumpene. Dette gjelder alle partikkelstørrelser. Ut i fra dette kan vi slå fast at varmepumpenes luftbevegelser ikke fører til nevneverdig økning av støv og partikler verken av lette eller tyngre partikler med varmepumpene i normal drift. @BCL@500D961D 15
Moderat støynivå fra varmepumper i drift En varmepumpe er utstyrt med elektriske motor/kompressor og andre bevegelige deler som avgir noe støy under drift. I den forbindelse ble det gjennomført lydmålinger både utenfor kirken i forskjellige avstander fra varmepumpenes utedeler og inne flere steder i kirkerommet. Det ble benyttet godkjent og kalibrert lydmåler under disse målingene. Resultatet fra lydmålingene er presentert i sin helhet i denne rapportens vedlegg 2. Med utgangspunkt i disse resultater viser lydmålingene at varmepumpene i full drift gir et lydnivå på rundt 40-50 dba rundt om i kirkerommet. Lydnivået er høyest nærmest varmepumpens utblåsning. Ved lavere hastigheter og kapasitet ligger det målte lydnivået stort sett mellom30-35 dba, hvilket er akseptabelt under bruk av kirkerommet ved mange av kirkens aktiviteter. Lydnivået ute ble målt til mellom 40-55 dba og var høyest nærmest varmepumpens utedel. Ut i fra dette vil støynivået fra varmepumpens innedel ved lavere hastigheter og kapasiteter være akseptabelt under bruk for de fleste aktiviteter i kirken. Ved full drift vil støynivået være sjenerende. Støynivået ute synes akseptabelt, da kirken ligger langt unna nærmeste naboeiendom. Estetiske forbedringer ved innbygging av varmepumpene Allerede like etter installasjonen ble det tydeligere at varmepumpenes utedel og innedel burde kles eller bygges inn av mer estetiske hensyn. I løpet av senvinteren ble disse bygget inn som vist på fotoene nedenfor. Ute ved våpenhus Inne under galleri Dette arbeidet ble meget bra utformet og utført av kirkens kirketjener. Varmepumpenes utedel er bygget inn i en hensiktsmessig kasse med skråtak malt i kirkens fasadefarge. Varmepumpens innedel er delvis innebygd i ubehandlet tre. Resultatet av innbyggingen av varmepumpene synes estetisk akseptable. @BCL@500D961D 16
Vedlegg 1 Resultater fra partikkelmålinger med drift av varmepumper Varmepumpene distribuerer varmen ved lufttransport rundt i kirkerommet. Av den grunn er det viktig å få kartlagt om disse luftbevegelsene medfører oppvirvling og transport av støv og partikler i kirkerommet som igjen kan føre til svertning på kalde bygningsdeler og interiør. 6 kanals partikkelteller av typen Fluke 983 Måling av uteluft ved VP for bakre skip I den forbindelse ble det gjennomført øyeblikksmålinger av luftens partikkelinnhold både ute og inne flere steder i kirkerommet, se plantegning med inntegnede målepunkter nedenfor. Det ble gjennomført målinger før varmepumpene ble satt i drift. Videre ble det gjennomført målinger både etter ca. ½ times og 1-2 timers drift av varmepumpene. Det ble også utført målinger av støv og partikler nær varmepumpenes utblåsningsinnretning, se foto nærmest til venstre. Det ble benyttet et godkjent og kalibrert 6-kanals måleutstyr for telling av partikler i luft av typen Fluke 983, se foto helt til venstre ovenfor. Denne teller partikler etter 6 standardiserte størrelser (fra 0,3 μm til over 5,0μm). Inntegnede målepunkter for utførte partikkeltelling i luft både i kirkerom og ute Det ble utført partikkelmålinger før oppstart og drift av varmepumper og etter 1 og 2 timers drift. Resultatene fra målingene er presentert i tre tabeller nedenfor. Før oppstart og drift av varmepumper (fra kl. 10.30-11.00) Sted målepunkt Målte antall partikler etter størrelse før drift av varmepumper 0,3 μm 0,5μm 0,7μm 1,0μm 2,0μm 5,0μm 1 1 m fra VP i kor 6 426 2 899 1 173 555 189 8 2 Ved alter 6 596 2 979 1 209 615 258 13 3 1. benk i skip VS 5 998 2 730 1 052 513 180 7 4 6. benk i skip VS 6 510 3 064 1 286 667 259 11 5 9. benk i skip VS 6 536 3 004 1 185 604 229 17 6 1m fra VP i skip 6 439 2 954 1 205 604 255 13 7 8. benk i skip HS 6 660 3 054 1 245 630 239 9 8 1. benk i skip HS 6 441 3 004 1 246 648 233 5 9 På galleri v/organist 6 354 2 911 1 172 593 249 11 10 Ute ved VP kor 10 116 5 140 2 491 1 570 666 6 11 Ute ved VP skip 10 816 5 381 2 789 1 752 818 14 @BCL@500D961D 17
Etter 1/2 times drift av varmepumper (11.30-12.00) Sted målepunkt Målte antall partikler etter størrelse med drift av varmepumper 0,3 μm 0,5μm 0,7μm 1,0μm 2,0μm 5,0μm 1 1 m fra VP i kor 6 313 2 978 1 230 602 220 10 2 Ved alter 5 892 2 641 998 488 142 7 3 1. benk i skip VS 5 699 2 558 1 068 538 176 6 4 6. benk i skip VS 6 163 2 857 1 174 603 218 6 5 9. benk i skip VS 6 226 2 852 1 122 563 194 18 6 1m fra VP i skip 6 089 2 810 1 072 511 172 7 7 8. benk i skip HS 6 163 2 777 1 170 597 201 12 8 1. benk i skip HS 6 293 2 857 1 133 563 187 7 9 På galleri v/organist 6 156 2 819 1 156 567 208 4 10 Ute ved VP kor 10 611 5 389 2 728 1 632 761 8 11 Ute ved VP skip 10 721 5 457 2 846 1 804 832 19 Etter 1-2 timers drift av varmepumper (12.30-13.00) Sted målepunkt Målte antall partikler etter størrelse med drift av varmepumper 0,3 μm 0,5μm 0,7μm 1,0μm 2,0μm 5,0μm 1 1 m fra VP i kor 5 902 2 624 1 050 536 201 8 2 Ved alter 5 574 2 541 1 021 548 219 17 3 1. benk i skip VS 6 138 2 844 1 188 634 249 10 4 6. benk i skip VS 6 240 2 795 1 167 629 282 17 5 9. benk i skip VS 5 968 2 732 1 103 598 225 5 6 1m fra VP i skip 5 760 2 572 1 006 501 187 8 7 8. benk i skip HS 6 095 2 731 1 104 585 234 9 8 1. benk i skip HS 6 178 2 719 1 092 595 258 8 9 På galleri v/organist 5 947 2 706 1 119 598 242 18 10 Ute ved VP kor 8 194 3 087 1 353 768 286 1 11 Ute ved VP skip 9 078 3 217 1 540 930 419 3 Resultatet fra ovennevnte tabeller viser at støv og partikkelinnholdet er høyere utenfor kirken enn inne i kirkerommet. Dette gjelder alle partikkelstørrelser unntatt for de største partiklene. Samtidig viser målingene at partikkelmengden ikke øker under drift av varmepumpene. Dette gjelder alle partikkelstørrelser. Ut i fra dette kan vi slå fast at varmepumpenes luftbevegelser ikke fører til nevneverdig økning av støv og partikler verken av lette eller tyngre partikler med varmepumpene i normal drift. @BCL@500D961D 18
Vedlegg 2 Resultater fra lydmålinger av varmepumper under drift En varmepumpe er utstyrt med elektriske motor/kompressor og andre bevegelige deler som avgir noe støy under drift. I den forbindelse var det viktig å gjennomføre øyeblikkmålinger for å få dokumentert lydnivået inne i kirkerommet og utenfor kirken. Det ble benyttet godkjent og kalibrert lydmåler av typen TES-1352A med et måleområde på 30-130 dba for et frekvensområde mellom 31,3 Hz og 8000 Hz. Dette er en type lydmåler som er godkjent for å kartlegge støymessige forhold ved vanlige inneklimatiske undersøkelser i bygg. I den forbindelse ble det gjennomført lydmålinger både utenfor kirken i forskjellige avstander fra varmepumpenes utedel (med avstander fra 1-30m) og inne flere steder i kirkerommet, se de anmerkede steder for gjennomførte målinger på plantegning nedenfor. De oppnådde måleresultater er sammenstilt og presentert i tabellen nedenfor. Sted målepunkt Målt lydnivå ved forskjellig drift av varmepumper Maks Middels Lav Silent Ikke i drift 1 1 m fra VP i kor 50 44 38 33 30-31 2 Ved alter 45 40 35 33 3 Fremme i skip 42 37 33 31 4 Midtre skip VS 41 36 33 31 5 Ved prekestol 41 35 32 30 6 Midtre skip HS 42 38 33 31 7 Under galleri VS 41 36 33 31 8 1 m fra VP skip 49 43 38 33 Avstand til VP utedel 1m 5m 10m 20m 30m 9 Ute ved VP kor 59 51 47 42 41 10 Ute ved VP skip 56 49 44 41 41 Tabellen ovenfor viser at varmepumpene i full drift gir et lydnivå på rundt 40-50 dba rundt om i kirkerommet. Lydnivået er høyest nærmest varmepumpens utblåsning. Ved lavere hastigheter og kapasitet ligger det målte lydnivået stort sett mellom 30-35 dba, hvilket er akseptabelt under bruk av kirkerommet ved enkelte type aktiviteter. Lydnivået ute ble målt til mellom 41-59 dba og var høyest nærmest varmepumpens utedel. Ut i fra dette vil støynivået fra varmepumpens innedel ved lavere hastigheter og kapasitet være akseptabelt under bruk for de fleste aktiviteter i kirken. Ved full drift vil støynivået være sjenerende. Støynivået ute synes også å være akseptabel, da kirken ligger langt unna nærmeste naboeiendom. @BCL@500D961D 19