NOTAT OPPDRAG Rosendalstunet, forprosjekt - RIV OPPDRAGSNUMMER 941100 OPPDRAGSLEDER Gunnar Grevstad OPPRETTET AV Sara Akse Einen DATO RIV-03 VURDERING AV VARMEFORSYNING TIL ROSENDALSTUNET SYKEHJEM Sammendrag Det er utført en kost/nytte vurdering av 4 ulike varmepumpeløsninger for Rosendalstunet sykehjem. Følgende alternativ er vurdert: 1: Væske-vann varmepumpe mot energibrønn : Oppvarming av tappevann dekkes av en separat CO-varmepumpe, ellers likt som for alternativ 1 med energibrønnløsning. 3: Luft-vann varmepumpe 4: Sjø-vann varmepumpe Varmepumpeløsningene som henter varme fra energibrønner er de alternativene med størst lønnsomhet. Alternativ 1 utmerker seg med en nåverdi på,04 mill. kr. og spesifikk energipris på 68 øre/kwh. Alternativ med energibrønn har nåverdi og spesifikk energipris på henholdsvis 1,96 mill. kr og 71 øre/kwh. Alternativ er noe mindre lønnsom men til gjengjeld er dette en langt mer miljøvennlig løsning, da behovet for kjøpt energi er minimalt og hovedandelen av varmebehovet dekkes av en varmepumpe med naturlig kjølemedium. Vår anbefaling er at varmeproduksjonen ved Rosendalstunet sykehjem fordeles på varmepumper, hvor den ene produserer varme til rom og ventilasjon og den andre, en varmepumpe med kuldemedium CO besørger oppvarming av tappevann. 1 (8) memo0.docx 01-03-814 Sweco Norge AS
Innledning Det er utført en kost/nytte vurdering av 4 ulike varmepumpeløsninger ved Rosendalstunet sykehjem. Bergvarme ( alternativer), luft og sjøvann er vurdert som varmekilde. Analysen tar utgangspunkt i bygningsmodell lavenergi som angitt i notat RIV-0 Energianalyse. Varmeanlegget dekker nybyggets oppvarmingsbehov til tappevann, romoppvarming og ventilasjonsvarme. I tillegg er oppvarming av tappevann i eksisterende del av sykehjemmet inkludert. Oppvarmingsbehov lagt til grunn er 94 00 kwh/år til tappevann og 151 400 kwh/år til romoppvarming og ventilasjon, samlet 445 600 kwh per år. I samsvar med TEK10 er det lagt opp til at minimum 60 % av netto varmebehov dekkes av annen energiforsyning enn direktevirkende elektrisitet eller fossile brensler. Investeringskostnad for de ulike anleggene er basert på erfaringstall og innhentede priser. (8) memo0.docx 01-03-8
VARMEPUMPELØSNINGER Nedenfor presenteres de ulike varmepumpeløsningene og hovedtrekkene i beregningsgrunnlag. Alternativ 1 Væske-vann varmepumpe mot energibrønn Det etableres 6 stk. borehull for opptak av energi fra grunnvann/fjellgrunnen. Varmen hentes ut via en kollektorslange (lukket krets) fyllt med frostvæske. Borehullene fordeles på hver side av nordre øst-fløy og bør ligge tett på grunnmuren med en avstand på 1 meter mellom hvert hull. Varmepumpeløsningen er svært driftsikker og har lang levetid. Anlegget opptar liten plass utendørs og har ingen støyproblematikk. Den høye og stabile temperaturen på varmeopptakssiden gir anlegget en høy årsvarmefaktor, som vil si at levert energi fra varmepumpen er høy i forhold energien som må tilføres varmepumpen. Anlegget er også ideelt med hensyn til å hente ut kjøleenergi fra fordampersiden. Ved overskudd på varme sommerstid kan varme dumpes i energibrønnene og samtidig lade dem opp. Slike anlegg der man utnytter både kald og varm side har en svært god systemvirkningsgrad. En slik kuldeutnyttelsen er imidlertid ikke inkludert i denne vurderingen. Varmepumpen har en levetid på 0 år. Energibrønner kan derimot levere varme i over 100 år. I beregningene er en levetid på 0 år for hele systemet lagt til grunn. I realiteten vil derfor løsningene basert på energibrønn ha en bedre lønnsomhet enn angitt. Antall borehull à 00 m dyp 6 Installert effekt varmepumpe 59 kw R134a Fordampertemperatur 0 3 C Temperatur varm side 50 45 C Årsvarmefaktor (SPF) 3, Energidekningsgrad oppvarming 74 % Energikostnader (spisslast + el til VP) 1 700 kr/år Drift- og vedlikeholdskostnader 1 850 kr/år Årskostnader 30 800 kr/år 3 (8)
Alternativ Væske-vann varmepumpe mot energibrønn, egen varmepumpe m/co varmepumpe til tappevann Dette er den mest energieffektive og miljøvennlige løsningen hvor varmepumper dekker hele 96% av det totale varmebehovet. Dette er mulig ved at man fordeler oppvarming på to forskjellige varmepumper. For oppvarming av tappevann benyttes en varmepumpe med kuldemedium karbondioksid (CO). Slike varmepumper kan levere vann med svært høye temperaturer og dermed dekke 100 % av energibehovet til oppvarming av tappevann. CO er et naturlig og miljøvennlig kuldemedium med en svært lav GWP-verdi (global warming potential). GWP-verdien til R134a er til sammenligning 1300 ganger så høy som for CO, og har derav 1300 ganger så stor påvirkning på drivhuseffekten. CO-varmepumper er relativt nytt på det norske beredermarkedet. Ifølge Enova er det imidlertid ikke nytt nok til å få støtte gjennom deres program ny teknologi for fremtidens bygg. Men CO- varmepumpeteknologien er stadig under utvikling og det finnes et godt forskningsmiljø for dette i Norge. Dersom kommunen ønsker å teste ut siste videreutviklede CO-teknologi i samarbeid med forskerne er det en god mulighet for at prosjektet kan få støtte fra Enova. Til rom- og ventilasjonsoppvarming benyttes en mindre varmepumpe med R134a eller tilsvarende syntetisk kuldemedium. Varmekilden er energibrønner, tilsvarende som for alternativ 1. Antall borehull à 10 m dyp 11 VARMEPUMPE TAPPEVANN VAREMPEUMPE ROM + VENT. TOTALT FOR ALT. Installert effekt varmepumpe til tappevann 60 kw CO Fordampertemperatur 0 C Temperatur varm side 70 C Årsvarmefaktor (SPF) 3, Energidekningsgrad oppvarming tappevann 100 % Installert effekt varmepumpe til rom- og ventilasjonsoppvarming 57 kw R134a Fordampertemperatur 0 3 C Temperatur varm side 50 45 C Årsvarmefaktor (SPF) 3, Energidekningsgrad oppvarming rom + ventilasjon 89 % Energidekningsgrad oppvarming (total) 97 % Energikostnader (spisslast + el til VP) 145 000 kr/år Drift- og vedlikeholdskostnader 4 15 kr/år Årskostnader 314 150 kr/år 4 (8) memo0.docx 01-03-8
Alternativ 3 Luft-vann varmepumpe Denne løsningen bruker luft som varmekilde. Varmepumpen består av en innedel (kondensator) og en utedel (fordamper) som plasseres i eget bygg. Utedelen lager en del støy og bør plasseres et stykke fra sykehjemmet og uteområdet for ikke å være til sjenanse. Det er tatt utgangspunkt i at utedelen plasseres på parkeringsplass ved nødaggregat. Fordelen med en luft-vann varmepumpe er at investingskostnadene er moderate sammenlignet med borehullsløsningene. Ulempen er kortere levetid og lavere effektivitet og ytelse når varmebehovet er som størst. Antall meter grøft til utedel 34 m Installert effekt varmepumpe v/7 C 65 kw R134a Fordampertemperatur uteluft Temperatur varm side 50 45 C Årsvarmefaktor (SPF),88 Energidekningsgrad oppvarming 7 % Energikostnader (spisslast + el til VP) 9 100 kr/år Drift- og vedlikeholdskostnader 4 600 kr/år Årskostnader 3 30 kr/år Alternativ 4: Sjø-vann varmepumpe Sjøvarmepumpen henter energi fra fjorden. Det legges rør ut til 100 meters dyp hvor vannet tas inn til land og veksles mot fordamper. Installert effekt varmepumpe 59 kw R134a Fordampertemperatur 0 3 C Temperatur varm side 50 45 C Årsvarmefaktor (SPF) 3, Energidekningsgrad oppvarming 74 % Energikostnader (spisslast + el til VP) 1 700 kr/år Drift- og vedlikeholdskostnader 3 000 kr/år Årskostnader 344 740 kr/år 5 (8)
Generelle forutsetninger - Elkjel benyttes som spisslast og sikkerhet ved alle alternativer. Kostnad for elkjel er ikke inkludert i kostnadene da denne vil være lik for alle alternativ. - Drift- og vedlikeholdskostnad er beregnet til å være 3,5 % av varmepumpeinvesteringen. Økonomiske forutsetninger - Strømpris: 1 kr/kwh - Avkastningskrav: 4 % Spesifikk energipris og nåverdi er benyttet for å sammenligne de ulike alternativene og vurdere kost/nytte-effekten med løsningene. Nåverdi er total sum av kroner tiltaket gir i fortjeneste gjennom hele dets levetid, målt i dagens kroneverdi. Spesifikk energipris er et mål på de årlige kostnadene per kwh energibehov. Formel for spesifikk energipris blir i denne sammenheng: Årskostnader (kr) SE= (Produsert energi fra VP+El til spisslast + Tilført el til varmepumpen) (kwh å ) Årskostnader = Kapitalkostnader + energikostnader (kjøpt strøm) + drift/vedlikehold BEHANDLINGSMETODE LEGIONELLA Energibehov til oppvarming av tappevann omfatter det generelle behovet men består ofte også av et ekstra energibehov til gjennomspyling av anlegget med varmtvann grunnet myndighetenes krav til legionellakontroll. Med hensyn til legionellakontroll foreslår vi en løsning med kontinuerlig behandling basert på anodisk oksidasjon. Ingen kjemikalier eller tungmetaller tilsettes vannet. Et av de mest kjente systemene som tilbyr dette er Anodix. Fordelen med en slik behandlingsform er sikkerheten i at legionellavekst ikke vil oppstå. Dette er særskilt viktig i sykehjem hvor personer med svakt immunforsvar kan bli utsatt for bakteriene. Man sparer også drifts- og energikostnader sammenlignet med tradisjonell varmebehandling. Investeringskostnad og driftsfordeler med et behandlingssystem basert på anodisk oksidasjon er hensyntatt i årskostnadene for de ulike alternativene til varmeforsyning. 8-3 -0 1 0 c x o ḍ o 0 m e m 6 (8)
RESULTAT I tabellform nedenfor presenteres resultat av kost-nytte vurderingen for de 4 alternativene til varmeforsyning ved Rosendalstunet. VARMEPUMPELØSNING 1) ) 3) 4) Energibrønn Energibrønn med CO VP Luft-vann Sjø-vann Investeringskostnad 980 000 1 900 000 710 000 1 170 000 kr Energibruk til 1 697 145 045 9 098 1 697 oppvarming kwh/år Årlig besparelse 000 84 000 04 78 04 711 kr Årligenergibesparelse 5 % 67 % 49 % 5 % Spesifikk energipris 0,68 0,71 0,7 0,77 kr/kwh Nåverdi,04 1,96 1,57 1,6 mill.kr Tilbakebetalingstid 4,41 6,69 3,47 5,7 år Som det fremgår er det de to energibrønn-alternativene som har høyest lønnsomhet med best nåverdi og lavest spesifikk energipris. De har høye investeringskostnader, spesielt alternativ, men til gjengjeld er energibesparelsen tilsvarende stor. Lønnsomhetsberegningene har en usikkerhet som kan være større enn forskjellen i nåverdi mellom de to gunstigste alternativene. Da alternativ innebærer en mer miljøvennlig og fremtidsrettet energiforsyning enn alternativ 1, er vår anbefaling at kommunen velger en energiforsyningsløsning basert på alternativ, hvor en separat CO-varmepumpe produserer varme til tappevann. Sykehjem med sitt store forbruk av varmt tappevann er en ideell forbruker mht. CO-varmepumpens virkemåte. Som en tilleggsbonus vil en CO-varmepumpe i sykehjemmet bidra til å øke fornybarprofilen til kommunen. Luft-vann løsningen har en relativt god kostnadseffektivitet ifht. den lave investeringskostnaden. Av praktiske årsaker ønsker vi likevel ikke å anbefale denne løsningen. Den har dårligere driftssikkerhet enn energibrønnalternativene og lavere effektivitet og ytelse når varmebehovet er som størst. I tillegg kan støy bli et problem og løsningen legger beslag på ekstra uteareal. Sjøvann som energikilde viser seg å være minst lønnsomt. Dersom eksisterende overvannsledning ned mot sjø skal utbedres/legges om kan løsningen bli mer gunstig om grøftearbeidene slås sammen. Med dagens forutsetninger står kostnad for grøft med rør til sjø for omtrent halve investeringen. 7 (8)
Økonomisk usikkerhet Lønnsomheten til løsningene er følsom for hvilken strømpris som legges til grunn. Som nevnt under forutsetninger er det brukt en strømpris på 1 kr/kwh ved beregning av systemenes kostnadseffektivitet. Som illustrert i diagram nedenfor er trenden at løsningene med minst behov for kjøpt energi blir mindre lønnsom ved synkende strømpris. Motsatt blir løsninger hvor behov for kjøpt energi er relativt stort mer lønnsom ved lavere strømpris. Figur 1: Følsomhetsdiagram som viser nåverdiens følsomhet relatert til strømpris. Følsomhetdiagramstrømpris,70,7,65,40 ),10 ṙ ilḳ 1,80 I (m D E R V1,50 Å N 1,0 1,44 1,19 1,09,04 1,96 1,57,06 Alt. 1 Energibrønn Alt. Energibrønn med COVP Alt. 3 Luft 0,90 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,0 1,30 STRØMPRIS (kr/kwh) 8-3 -0 1 0 c x o ḍ o 0 m e m 8 (8)