KONGSBERG KOMMUNALE EIENDOM KF KRISESENTER I KONGSBERG OVERORDNET VURDERING AV TERMISK ENERGIFORSYNING ADRESSE COWI AS Kongens Gate 12 3611 Kongsberg TLF +47 02694 WWW cowi.no INNHOLD 1 Grunnlag for vurdering av termisk energiforsyning 2 1.1 Energiutredning Kongsberg kommune 2 1.2 Klima- og energiplan 2 2 Kriterier for energibehov 3 2.1 Energiambisjon og energibehov 3 3 Energifleksibilitet og energiforsyning 3 4 Alternative energikilder 4 4.1 Bioenergi 4 4.2 Solenergi 4 4.3 Varmepumpe 5 4.4 Nærvarme 7 5 Investeringer og lønnsomhet 7 5.1 Aktuelle løsninger 8 5.2 Fordeler og ulemper ved aktuelle løsninger 8 6 Oppsummering 9 7 Referanser 10 OPPDRAGSNR. A042295 DOKUMENTNR. NOT001V VERSJON A UTGIVELSESDATO 25.06.2013 UTARBEIDET aes KONTROLLERT lmyr GODKJENT aes
2/10 KRISESENTER I KONGSBERG 1 Grunnlag for vurdering av termisk energiforsyning Krisesenteret i Kongsberg skal etableres i området Tislegård som er et sentrumsnært område i Kongsberg. Det samlede etasjeareal er bygget litt under 400 m². I forbindelse med utarbeidelse av totalentreprisebeskrivelse har COWI utført denne energivurderingen. 1.1 Energiutredning Kongsberg kommune Netteiere er pålagt å utarbeide energiutredninger i sine områder. I Energiutredning Kongsberg kommune 2011 [1] og i Protokoll fra lokalt energiutredningsmøte for Kongsberg kommune fra 08.02.2012[2] fremgår det at Dalkia har fått konsesjon på fjernvarme i sentrum i Kongsberg. Krisesentret ligger ikke innenfor konsesjonsgrensen, og det antas dermed ikke at området Krisesentret skal bygges vil være tilknyttet fjernvarme i nærmeste fremtid. Det er derimot planlagt nærvarmeanlegg i området som skal tilknyttes nærliggende kommunale bygg. I en e-post fra Kongsberg Kommunale Eiendom datert 17.juni 2013 beskrives det: "det ser ut til at det er nok kapasitet til å legge en ledning til bygget som kan ta seg av romoppvarmingen. Det vil ikke være nok til å ta med ventilasjon også, så ventilasjonsanlegget må ha en lokal oppvarmingskilde". 1.2 Klima- og energiplan Miljøplan for Kongsberg kommune 2009-2013 [3] er utarbeidet med økonomisk bistand fra Enova, som derfor har satt en del krav ved utarbeidelsen av planen. Gjennom arbeidet er det blant annet sett på potensielle endringer i energibruk i Kongsberg kommune i de kommende årene. Det har vist seg at kommunen ikke har gode rutiner på oversikt over intern energibruk tidligere, og i denne sammenhengen er det utviklet ulike mål. Kommunen har blant annet kartlagt energibruken og sparepotensialet i kommunale formålsbygg og iverksatt effektiv energistyring i flere av de kommunale byggene etter Miljøplanen ble utarbeidet. Utdrag fra mål for organisasjonen Kongsberg kommune satt i Miljøplanen: Følgende mål for klima- og energiplanen vedtas: Rasjonell og energioptimal drift av alle kommunale bygg.. Det innføres energiledelse og energioppfølging i alle bygg., med årlig rapportering. Stabilisere stasjonært energiforbruk (energi brukt til lys, el-installasjoner og varme i bygg) pr. m2 bruksareal i kommunen på 2006 nivå innen utgangen av 2010. Redusere energiforbruk i egne bygg med ca. 3 GWh/år, sammenliknet med 2007 nivå. Ved utfasing av oljefyringsanlegg, skal det innføres alternative energikilder som biobrensel, biogass, varmepumper etc. Fokus på energibruk forankres i planarbeid og reguleringsplaner - energiutredning og avklaring av mulighet for bruk av ny fornybar energi kreves i alle nye utbyggingsprosjekter.
KRISESENTER I KONGSBERG 3/10 Etablering av nær/fjernvarmeanlegg i kommunen i løpet av 2013. Utslipp av klimagasser skal reduseres i samsvar med Kyotoprotokollens mål for Norge. Dette innebærer at utslippet i 2008-2012 ikke skal være mer enn 1 % høyere enn 1990-nivået. Barnehager og (grunn)skoler i Kongsberg skal gi kunnskap om miljø- og ressursforvaltning og langsiktig planlegging og forvaltning av ressursene. 2 Kriterier for energibehov Bygget er på litt under 300 m² og vil brukes til overnatting med personell. Etter en vurdering vil det være mest hensiktsmessig og definere bygget som "hotell" etter NS 3031:2007+A1:2011[4]. Årsaken til at vi valgte hotell er det luftmengder til ventilasjon er i samsvar med hotell, og bruken er av bygget er noe av det samme som ved et hotell. 2.1 Energiambisjon og energibehov Bygget vil føres opp etter krav i Teknisk forskrift 2010(TEK-10) [5]. Kravene til Energi står beskrevet i Kapittel 14. I møtereferat, Prosjekteringsmøte 02 datert 21.05.2013, er energiambisjonen få et energiforbruk for bygget 5 % lavere enn kravet i TEK-10. TEK-10 14-4 viser at kravet er 220 kwh/(m² oppvarmet BRA pr. år) for hotell. Ambisjonen til bygget vil dermed være 209 kwh/(m² oppvarmet BRA pr. år). COWI har utført en foreløpig energiberegning i notat NOT002V i forprosjektet(se notat). 3 Energifleksibilitet og energiforsyning TEK 10 i 14-7 beskriver vedrørende energiforsyning at bygninger under 400 m 2 oppvarmet BRA skal prosjekteres og utføres slik at minimum 40 % av netto varmebehov kan dekkes med annen energiforsyning enn direktevirkende elektrisitet eller fossile brensler hos sluttbruker. Ved å installere vannbåren varme i bygget har man lagt til rette for energifleksibilitet, og er ikke bundet til en bestemt energikilde. Et vannbårent distribusjonssystem består som regel av varmerør i gulv (vannbåren gulvvarme), radiatorer montert på vegg, eller en kombinasjon av disse to. Varme i gulvet gir store varmeflater og er godt egnet for lavtemperatursystem, som gjør det mer gunstig for varmepumper, samtidig som det også gir god varmekomfort. Arealene er for enkelte oppholdsrom er små, og kostnadene for gulvvarme er ikke stor sammenlignet med radiatorer. For å utnytte arealet best mulig anbefaler COWI dermed gulvvarme i 1. og 2. etasje og radiatorer på loft.
4/10 KRISESENTER I KONGSBERG 4 Alternative energikilder Når man har etablert vannbåren varmedistribusjon, er det mulig å forsyne systemet med varme fra mange ulike energikilder. Tradisjonelt har elektrisitet og olje vært mest brukt, men både økonomi og miljøhensyn og ikke minst krav i TEK-10 trekker opp grensen for det minimum av egenskaper et byggverk må ha for å kunne oppføres lovlig i Norge. Etter en oversikt over alternative energikilder og plassering av bygningen har COWI vurdert 4 ulike energikilder. Gass er ikke vurdert da det ikke er planlagt utbygging av denne energikilden i området til bygget. 4.1 Bioenergi Biovarme er svært miljøvennlig alternativ, men medfører forurensning lokalt gjennom utslipp av røyk (sot og partikkelforurensning). Energikilden tilfredsstiller myndighetenes krav til fornybar energi. Egner seg best som grunnlast opp til 80 % og derfor anbefales det å installere annen energikilde som spisslast. Biovarmeanlegg utgjør en relativt høy investeringskostnad. I Norge er det begrenset produksjon av pellets som også krever store arealer, forsyningssystem og tank innendørs eller utendørs. Utendørs tank bør ikke graves ned. Flisfyring vil kreve enda større arealer, men er noe mer tilgjengelig. Bruk av biomasse til oppvarming krever store arealer forsyningssystem og tank innendørs eller utendørs. Utendørs tank bør ikke graves ned. Forbrenning av biomassen medfører etablering av skorstein for utslipp av røyk. Og selv om biovarme er svært miljøvennlig alternativ vil det medføre lokal forurensning gjennom utslipp av røyk (sot og partikkelforurensning). Krisesentret er plassert i et boligområde, og det vil ikke være heldig med utslipp av røyk. Investeringskostnadene for et slikt anlegg er i tillegg høy i forhold til de øvrige typer. COWI vurderer denne løsningen som lite egnet for Krisesentret. 4.2 Solenergi Solenergi (aktiv solenergi) kan i hovedsak tilføres bygget på to måter: Bygninger kan aktivt varmes opp ved hjelp av solfangere og et varmelager som oftest er en akkumuleringstank. Solstråling kan utnyttes i solceller der solinnstrålingen omformes direkte til elektrisk energi. Dette vil ikke være aktuelt for Krisesentret da bygget skal ha vannbåren varme. I tillegg kan bygninger også varmes opp «passivt», dvs. ved innstråling gjennom vinduer, tak og vegger. Dette designelementet tar utgangspunkt i passiv
KRISESENTER I KONGSBERG 5/10 energidesign som reduserer energibehovet. Vi vil vurdere følgende tiltak i forbindelse med designet av bygget: Metoder for solavskjerming for å unngå overoppheting Minimere transmisjonstap gjennom klimaskjermen Tett klimaskjerm for å redusere infiltrasjonstap Vurdering av glasskvaliteter med tanke på termiske egenskaper Bygningsfysisk design for dagslysutnyttelse og optimalisering i forhold til energiutnyttelse Solenergi er også svært miljøvennlig, og vil tilfredsstille myndighetenes krav til fornybar energi. Egner seg best som supplement til annen energikilde, og utgjør en relativt kostbar investering. Solfangeranlegg må suppleres med tilskuddsvarme fra høytemperatur varmekilder elektrisitet i dette tilfellet. Dette må koples inn i varmedistribusjonskretsen (utenom varmelageret) etter behov. Både en solfangerløsning og solcellepaneler vil kunne endre uttrykket på bygget, men det fins løsninger hvor solcellene kan integreres i glasset på bygget. Investeringskostnadene for solenergi er så høye at disse ikke egner seg som grunnlast. Som spisslast er det lite sannsynlig at dette vil fungere, grunnet at når behovet for energi er størst, er solenergien er på sitt laveste. Derimot vil aktiv solenergi kunne være et supplement til øvrige typer. Aktiv solenergi bruker elektrisk eller mekanisk utstyr som pumper og vifter, for å øke brukbar varme i et system. COWI vurderer løsninger vedrørende passive tiltak, som oppvarming direkte med sol til bygningskroppen, som grunnleggende for å oppnå et godt bygg. De aktive løsningene vil kunne være egnede som supplement til annen energikilde. 4.3 Varmepumpe I hovedsak fins det fire typer varmepumper. De ulike typer er: avtrekk- og ventilasjonsvarmepumpe vann/vann varmepumpe luft/luft varmepumpe luft/vann varmepumpe Ventilasjonsvarmepumper og avtrekksvarmepumper kan brukes for oppvarming av tilluft, tappevann og eventuelt romoppvarming. En ulempe er at ventilasjonsluft som varmekilde har en begrenset mengde energi som kan avgis i løpet av et år.
6/10 KRISESENTER I KONGSBERG Dette medfører at disse varmepumpene har en lavere energibesparelse enn mange andre varmepumper gjennom året. Varmepumpen er kun i drift når ventilasjonsanlegget er i gang. Det er et mindre aggregat i bygget, så det vil ikke være mye utnyttelse av varmen i dette prosjektet. Vann/vann varmepumper gir 3 til 4 ganger så mye varme som den energien(strømmen) du tilfører. Generelle fordeler med vann/vann varmepumper er at de de gir høyere energisparing enn luftvarmepumpene fordi varmekilden har relativt høy temperatur hele året, varmepumpen dekker store deler av boligens varmtvannsbehov, både det utvendige og innvendige systemet er skjult, varmepumpen har lengre levetid enn for eksempel luft/luft varmepumper og varmepumpen avgir ingen eller liten lyd inne og ute. Ulempen er store investeringskostnad i forhold til andre løsninger Det finnes 4 ulike typer vann/vann varmepumper: Jordvarmepumpe som henter energi fra nedgravde slanger i jorda. Grunnvarmepumpe som henter energi fra grunnvannet. Sjøvarmepumpe som henter energi fra slanger som senkes ned i sjøen. Denne typen er ikke aktuelt her. Bergvarmepumpe som henter energi fra et borehull i bakken. Jordvarmepumpe utnytter den lagrede solenergien i jorda ved at en slange på 150-400 meters lengde graves ned i jorda. En jordvarmepumpe egner seg godt for en bygg med store utearealer tilgjengelig som ikke er disponibelt. En grunnvanns-varmepumpe pumper grunnvann opp til en varmeveksler som henter ut varmen. En grunnvannsvarmepumpe forutsetter at det er tilstrekkelige mengder grunnvann tilgjengelig. Bergvarmepumper henter varmen fra grunnfjellet ved boligen ved hjelp av et vannbårent fordelingssystem. Dypere enn 10 meter ned i fjellgrunnen er temperaturen jevn nesten hele året. De vanligste borredybdene ligger ned mot 200 m pr borehull for å få best kost/nytte effekt. Brønnene er koplet opp mot varmepumpe-/kjølesystemet. Om sommeren pumpes energibæreren fra de kalde brønner og brukes til nedkjøling før det returnerer til varme brønner. Om vinteren snus prosessen slik at det hentes varme fra de varme brønner for å utnytte varmen i varmepumpen før det pumpes tilbake i de kalde brønnene. Bergvarmepumpen er den mest benyttede vann/vannvarmepumpeløsningen i Norge. COWI vurderer denne løsningen som uegnet for Krisesentret grunnet lite oppvarmingsbehov og store investeringskostnader. Luft/luft og luft/vann varmepumper har meget lave investeringsavgifter. De største fordelene med systemet er: Bedre luftkvalitet, lønnsom investering og enkel i bruk.
KRISESENTER I KONGSBERG 7/10 Ulempen med systemet er at de avgir mindre varme de periodene, hvor det er størst behov. I de fleste luft/vann-varmepumper er tilleggsvarmekilden integrert i pumpen, og består av et elektrisk element som dekker boligens varmebehov som likevel gir spisslasten til varmepumpen. Luft/vann-varmepumper kan avgi noe støy utendørs i tillegg, men en stillegående modell vil hindre dette. COWI vurderer løsningen luft/vann varmepumpe som et mulig alternativ for energiforsyning for Krisesentret. 4.4 Nærvarme Nær-/fjernvarme er det mest energifleksible distribusjonssystemet for varme. Disse to energikildene er definert som den samme energikilden. Det kan til enhver tid utnytte flere ulike energikilder som bioenergi, spillvarme, olje, gass m.m. Videre vil også eventuelle fremtidige, fornybare energikilder kunne implementeres. Nærvarmen krever minst installasjoner i bygget, er enklest å drifte, og kan stå for energiforsyningen for romoppvarmingsbehovet. Det vil være behov for alternativ energikilde for oppvarming av vannbatteri til luftbehandlingsaggregatet og oppvarming av varmtvann. COWI vurderer denne løsningen som egnet for Krisesentret eventuelt i tillegg til solenergi. 5 Investeringer og lønnsomhet Nedenstående alternativer er vurdert som de mest opplagte med tanke på tilgjengelighet og lønnsomhet. Alternativ: Termisk energikilde Romoppvarming (energibehov) Oppvarming varmtvann og varmebatteri (energibehov) A Luft-til-vann Ca. 75 % varme- Ca.75 % varme- varmepumpe med el pumpe + ca. 25 % pumpe + ca. 25 % som spisslast elektrokjel* elektrokjel* B Nærvarme med el som spisslast i tillegg til solenergi 100 % nærvarme Ca. 50 % solenergi + ca. 50 % elektrokjel* *elektrokjel 100 % som backup
8/10 KRISESENTER I KONGSBERG 5.1 Aktuelle løsninger 5.1.1 Luft/vann varmepumpeanlegg Et luft-til-vann varmepumpeanlegg må ha plass til varmepumpe i teknisk rom i tillegg en utedel på fasaden. Varmepumpeanlegget vil av økonomiske og driftsmessige årsaker ikke bli prosjektert til mer å dekke grunnlasten. Grunnlast er den effekten opp til et visst nivå som skal til for å dekke det meste av årlig varmebehov på en mest mulig lønnsom måte. Fordelingen mellom grunnlast og spisslast er i praksis avhengig av stedlig klima, bygningens effektbehov over året og varmesystemets egenskaper. Vanligvis vil grunnlasten utgjøre 75 % av bygningens varmebehov over året beskriver Enova. Varmeanlegget må ha annen energikilde som spisslast og backup. Dette kan eksempelvis være elektrokjel. 5.1.2 Nærvarme og solenergi Nærvarme er det mest energifleksible distribusjonssystemet for varme, og vil kreve minst installasjoner i bygget. Samtidig er det enklest å drifte og kan stå for hele energiforsyningen for romoppvarmingen. Det vil likevel være behov alternativ energikilde for oppvarming av varmebatteri og varmtvann for å komme innenfor kravet der energiforsyningen skal være 40 % med annen energiforsyning enn direktevirkende elektrisitet eller fossile brensler hos sluttbruker. Solenergi er en energikilde som er egnet som supplement til nærvarmen. Det er et kostbart anlegg, men miljøvennlig. Både en solfangerløsning og solcellepaneler vil kunne endre uttrykket på bygget, men det fins løsninger hvor solcellene kan integreres i glasset på bygget. 5.2 Fordeler og ulemper ved aktuelle løsninger NS 3031 Beregning av bygningers energiytelse [4] angir veiledende årsvirkningsgrader/effektfaktorer for nyere oppvarmingssystemer. Tabellen nedenstående viser et utdrag av tabell B.9 i NS 3031 er systemvirkningsgraden av et varmepumpebasert anlegg nesten 2,5 ganger og solfanger nesten 12 ganger bedre enn nær/-fjernvarme. 1.4 3.1 4.2 Energiforsyningssystem Solfanger, oppvarming av tappevannsbehov Varmepumpe som tar varme fra uteluft. Vannbåren varmeavgivelse, gulvvarme Fjernvarme, vannbåren varmeavgivelse, gulvvarme Produksjonsvirkningsgrad/ effektfaktor Distribusjonsvirkningsgrad Reguleringsvirkningsgrad Systemvirkningsgrad/ systemeffektfaktor 10,00 1,00 1,00 10,00 2,40 1,00 0,90 2,05 0,98 0,95 0,90 0,84
KRISESENTER I KONGSBERG 9/10 Dette får innvirkning på energiattesten på bygget. Energiattesten består av energikarakter (bokstav og en oppvarmingskarakter (farge). Nær-/fjernvarme er definert som 30 % el/fossil og 70 % fornybar energi. Selv om systemvirkningsgraden til solfanger er høy, er det bare 50 % fornybar energi til varmtvannet så det vil ikke bidra mye til oppvarmingsmerket. På et bygg som krisesentret vil dette kunne medføre en dårligere energikarakter ved å anvende nærvarme med solfanger mens oppvarmningsmerket vil kunne forbedres med bare benyttelse av varmepumpen som gir 75 % fornybar energi. Muligheten er også å kombinere eksempelvis en luft/vann varmepumpe (75 %) med nærvarme (25 %) som spisslast. Dette medfører bedre energikarakter enn ved 100 % nærvarme for romoppvarming i tillegg til solpanel for oppvarming av varmtvann. Dette kan være aktuelt for byggeiere som ønsker å benytte varmepumpe for å forbedre energimerket, samtidig med at det kanskje er lite attraktivt for nærvarmeleverandøren kun å levere spisslast. Nærvarmeanlegget er kommunalt, og vil dermed ikke komme i interessekonflikt. Likevel har vi ikke anledning å ha dette som spisslast og kostnadene for dette vil erfaringsmessig bli dyrere. Følgende vil kunne gi bedre energikarakter Ekstra isolert bygningskropp Ekstra god varmegjenvinning og behovstyrt ventilasjon Frekvensstyrte vifter/pumper Superisolerte vinduer Solfanger på taket til å dekke tappevann Lavtemperatur fordeling 5.2.1 Kostnadsvurdering Generelt sett vil det være en høyere investeringskostnad for et nærvarmeanlegg i tillegg til solpanel med varmepumpeanlegg enn et luft/vann varmepumpeanlegg. Det er viktig å understreke at kostnadsbetraktningene som er så langt er gjort er basert på antatte verdier for energi- og effektbehov samt investeringskostnader for etablering av luft/vann varmepumpe, tilknytning av nærvarme, solpanel med varmepumpe og effektbidrag. 6 Oppsummering Den mest opplagte løsningen for det nye Krisesentret i Kongsberg er Luft/vann varmepumpe med el som spisslast
10/10 KRISESENTER I KONGSBERG COWI anbefaler løsningen med luft/vann varmepumpe som best egnet for Krisesentret med tanke på at denne løsning både vil ivareta kravet om fornybar energi og lavere investeringskostnad. Basert på fremtidige krav til energieffektivitet vil investeringskostnaden for de to forskjellige løsninger være det være mer kostbart med installasjon av fjernvarme og solpanel med varmepumpe enn luft/vann varmepumpe og kostnader direkte knyttet varmeproduksjon vil være lavere med varmepumpeløsningene. COWI anbefaler løsningen med luft/vann varmepumpe også med hensyn til plassbehov og kostnader for installasjon av alternativ fornybar energikilde. [1] 7 Referanser EB Nett AS og NEE. Energiutredning Kongsberg kommune 2011. Tilgjengelig: http://www.ebnett.no/~/media/nett/dokumenter/energiutredning_kongsberg_2011.ashx [2] EB Nett AS. Protokoll fra lokalt energiutredningsmøte for Kongsberg kommune. Tilgjengelig: http://www.ebnett.no/~/media/nett/dokumenter/2011_protokoll_fra_lokal_energiutredningsmote _kongsberg.ashx [3] Rambøll. Miljøplan for Kongsberg kommune. Tilgjengelig: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:ud2roj6ou1aj:www.kli makommune.enova.no/file.axd%3ffiledataid%3de94b65ec-afc8-4c8f-aba1- a32e7392824e+&cd=1&hl=no&ct=clnk&gl=no [4] NS 3031:2007 + A1:2011: Beregning av bygningers energiytelse - Metode og data, Norsk Standard. 2007/2011. [5] FOR 2010-03-26 nr 489: Forskrift om tekniske krav til byggverk (Byggteknisk forskrift)(tek-10)