Side 1 av 17 HØGSKOLEN I MOLDE SKISSEPROSJEKT FOR VARMEPUMPE Ålesund, 07.05.2013 Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon:70 11 58 80 Bankforbindelse: 5353.05.12807 Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: www.riksheim.no Foretaksregisteret:NO 960 186 516 MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid E-mail:firmapost@riksheim.no
Side 2 av 17 SAMMENDRAG Høgskolen i Molde har behov for utskifting av isvannsmaskinen med R-22 i Bygg A og utfasing av olje/elkjeler som primær energikilde for begge byggene. Skolen består av to bygg: Bygg A fra 1993: Bygg B fra 2003: Sum 10464 m 2 BTA 4716 m 2 BTA 15280 m 2 BTA Oppvarmet areal er satt til 14100 m 2. DUT vinter : -12 C DUT sommer : 20 C Årsmiddeltemperatur: 6,7 C Temperaturnivå kjelanleggene: 80/60 C Temperaturnivå isvannsanleggene: 7/12 C Installert effekt kjelsentral Bygg A: 1400 kw Installert effekt kjelsentral Bygg B: 545 kw Kjølekapasitet isvannsanlegg Bygg A: 280 kw (R-22) Kjølekapasitet isvannsanlegg Bygg B: 120 kw (R-134A) Temperaturkorrigert energibruk energisentraler: ca. 1,5 GWh (107 kwh/m 2 år) Etter avtale med Statsbygg har vi avgrenset utredningen til å omfatte to alternative løsninger med varmepumpe som grunnlast basert på det naturlige kuldemediet ammoniakk, der anlegget monteres i et eget bygg øst for Bygg A (1993 bygget). Bygget bør tilpasses arkitektonisk til eksisterende bygg. Vi har vurdert disse systemene når det gjelder kompressorløsning: Et ett trinns system med NH3 skruekompressor med frekvensomformer med reguleringsområde ca. 180 til 500 kw trinnløst. Ved behov under 180 kw må kompressor starte/stoppe. Krever stort akkumulatorvolum på varm side. Antatt total kompressor COP 2,5 ved 0/4 C isvann og 65/70 C varmtvann. COP ved del last vil være god ned til ca. 250 kw. Under denne effekten faller COP en noe. Av den grunn er det anbefalt å ikke regulere kompressoren under 180 kw.
Side 3 av 17 Antatt total pris på kompressoraggregat inkludert intern automatikk, ca. kr. 2.300.000,- eks. mva. Et to trinns system med NH3, stempelkompressorer, bunntrinn med to stk. stempelkompressorer, topptrinn med en stk. stempelkompressor som er frekvensregulert. Reguleringsområde trinnløst fra 250 kw. Ved behov under 250 kw må kompressor starte/stoppe. Systemet må ha stort akkumulatorvolum på varm side. Antatt total kompressor COP 2,7 ved 0/4 C isvann og 65/70 C varmtvann. COP ved del last vil være god ned til ca. 250 kw. Under denne effekten starter og stopper kompressoren, COP blir opprettholdt. Antatt total pris på kompressoraggregat inkludert intern automatikk, ca. kr. 2.800.000,- eks. mva. Fordelen med et to trinns system med stempelkompressorer mot et ett trinns anlegg med skruekompressor er dette: Høyere COP (fra 2,5 til 2,7) Mindre slitasje på maskiner For begge alternativene er det derfor valgt et to trinns system med NH3 stempelkompressorer. Bunntrinn med to stempelkompressorer og topptrinn med en stempelkompressor som er frekvensregulert. Alternativ 1: Varmepumpe dimensjonert til oppvarming av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges nærvarmerør til Bygg A og Bygg B. Ny isvannsmaskin for Bygg A basert på R-134A.
Side 4 av 17 Alternativ 2: Varmepumpe / isvannsmaskin dimensjonert til oppvarming og kjøling av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra og dumping av overskuddsvarme i avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges nærvarmerør til Bygg A og B, og nærkjølerør kun til Bygg A. Det settes av stusser i maskinrom for fremtidig kjøling av Bygg B. Hovedkonklusjon Alternativ 1 Energidekning varmepumpe (grunnlast): 90 % Energidekning kjelsentral (spisslast): 10 % Effektdekning varmepumpe: 40 % Effektdekning kjelsentral: 60 % Kjølekapasitet ny isvannsmaskin Bygg A: 100 % (R-134A) Avgitt effekt varmepumpe med naturlig kuldemedium: 500 kw Spesifikk avgitt varmeeffekt: 35 W/m 2 Investering: 12,9 mill. eks. mva. Energibesparelse varmeanlegg: 850 000 kwh/år kr. 680.000,- per år. Tilbakebetalingstid: 19 år Alternativ 2 Energidekning varmepumpe (grunnlast): 90 % Energidekning kjelsentral (spisslast): 10 % Effektdekning varmepumpe: 40 % Effektdekning kjelsentral: 60 % Kjølekapasitet Bygg A og Bygg B: 100 % (R-717 ammoniakk)
Side 5 av 17 Avgitt varmeeffekt varmepumpe / isvannsmaskin med naturlig kuldemedium: 500 kw Spesifikk avgitt varmeeffekt: 35 W/m 2 Kjølekapasitet: 400 kw Spesifikk avgitt kjøleeffekt: 28 W/m 2 Investering: 13,2 mill. eks. mva. Energibesparelse varmeanlegg: 850 000 kwh/år kr. 680.000,- per år. Energibesparelse kjøleanlegg: Sum besparelse: 100 000 kwh/år kr. 80.000,- per år. 950 000 kwh/år kr. 760.000,- per år. Tilbakebetalingstid: 17,3 år Som en ser er alternativ 2 det mest lønnsomme. Tilbakebetalingstiden er noe høy. Gjennom program for Varmesentraler gir Enova investeringsstøtte til varme-produksjon basert på fornybare energikilder til enkeltstående varmesentraler. Dette vil bedre lønnsomheten til prosjektet.
Side 6 av 17 1. ENERGIBRUK OG EFFEKTER Skolen består av to bygg: Bygg A fra 1993: Bygg B fra 2003: Sum 10464 m 2 BTA 4716 m 2 BTA 15280 m 2 BTA Oppvarmet areal er satt til 14100 m 2. 1.1. Installerte effekter Begge byggene har oppvarming med vannbåren varme med temperaturnivå 80/60 C. Oljekjel nr. 1 Oljekjel nr. 2 Elektrokjel Sum kw kw kw kw Bygg A 700-700 1400 Bygg B 230 105 210 545 Sum 1945 Begge byggene har isvannsanlegg med temperaturnivå 7/12 C. R-22 R-134A Sum kw kw kw Bygg A 280-280 Bygg B - 120 120 Sum 400 1.2. Energibruk energisentraler 2 009 2 010 2 011 Gjennomsnitt kwh kwh kwh kwh kwh/m 2 Energibruk olje/elkjel 1 473 347 1 589 046 1 294 775 1 452 389 103 Temperaturkorrigert 1 606 190 1 509 594 1 411 517 1 509 100 107
Side 7 av 17 1.3. Dimensjonering varmepumpe Vi har dimensjonert varmepumpen etter både målt energibruk og normtall. Bygg A Byggeår 1 993 kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming 36 30 350964 292 1200 Ventilasjon 42 49 409458 478 857 Varmtvann 11 9 107239 88 1222 Sum 89 88 867661 858 1011 Normtall korrigert for batteriveksler ventilasjon, ƞ ~ 50 % kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming 36 30 350964 292 1200 Ventilasjon 79 59 773641 572 1352 Varmtvann 11 9 107239 88 1222 Sum 126 98 1231844 952 1293 Bygg B Byggeår 2 003 kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming 23 23 100073 100 1000 Ventilasjon 29 34 126179 148 853 Varmtvann 11 9 47861 39 1222 Sum 63 66 274113 287 955
Side 8 av 17 Sum Bygg A og B kwh/m 2 W/m 2 kwh kw Brukstid Oppvarming 32 28 451037 393 1149 Ventilasjon 64 51 899820 720 1249 Varmtvann 11 9 155100 127 1222 Sum 107 88 1505957 1240 1215 Varmepumpe for Bygg A og B Varmedrift Effektdekning 40 % Avgitt effekt varmepumpe 500 kw 35 W/m 2 COP varmefaktor 2,7 Ved varmedrift Kjøledrift Effektdekning 100 % Avgitt kjøleeffekt 400 kw 28 W/m 2 COP kuldefaktor 3,0 Ved kjøledrift Beregningene viser at varmepumpen skal dimensjoneres for en avgitt effekt på 500 kw.
Side 9 av 17 2. NATURLIG KULDEMEDIUM Statsbygg vurderer å skifte ut isvannsmaskinen med R-22 i Bygg A og utfasing av olje/elkjeler som primær energikilde. Ut fra miljøhensyn kreves det at løsningen er basert på naturlig kuldemedium, og vi har kommet frem til at bruk av ammoniakk er den beste løsningen. Ammoniakk (R-717) har stor fordampningsvarme, er et billig kuldemedium, og gir ingen miljømessige skadevirkninger. Selv om den er giftig, vil en sterk lukt være en advarsel før faregrensen er nådd. Gass som lekker ut og blander seg med luft kan være eksplosiv. Siden ammoniakkdampen har mindre massetetthet enn luft og stiger opp, må utluftingen fra maskinrommet ligge i takhøyde. Anlegget må i helhet være bygget i stål, aluminium eller ha en legering som tåler den korroderende virkningen til ammoniakk. En ulempe med ammoniakkanlegg er høy temperatur på trykkgassen ut fra kompressoren. Dette skjer selv ved et moderat kompresjonsforhold og liten overheting på sugegassen til kompressoren. 3. KRAV TIL MASKINROM FOR AMMONIAKK Det skal være installert bryter(e) for utkobling av all strøm til maskinrommet, utenom nødventilasjon, nødbelysning og lavvolts alarmkurser. Bryteren(e) skal være av helkapslet type eller plassert utenfor rommet. Ammoniakkmaskinrom skal ha separat mekanisk nødventilasjon. Nødventilasjonen skal aktiveres automatisk av gassdetektor. Varsel gis da til driftspersonell, og i tillegg brytes strømmen til maskinrommet dersom konsentrasjonen blir for høy. Viftemotoren og tilhørende elektrisk utrustning skal være av helkapslet type eller være plassert på utsiden av rommet. Feil ved ventilasjonssystemet skal aktivere alarm. Utblåsning skal være over tak i god avstand fra luftinntak for ventilasjonsanlegg. Maskinrommet skal vurderes forsynt med vannsystem for manuell spraying for å absorbere ammoniakk ved lekkasje. Ved bruk av vann skal det tas nødvendige forholdsregler slik at forurenset vann kan avhendes på en sikker måte. Sluk skal være sikret mot tilførsel av gass eller væske til offentlig avløpsnett. Maskinrommet skal ha nødutgang.
Side 10 av 17 4. ALTERNATIVER Etter avtale med Statsbygg har vi avgrenset utredningen til å omfatte to alternative løsninger med varmepumpe som grunnlast basert på det naturlige kuldemediet ammoniakk, der anlegget monteres i et eget bygg øst for Bygg A (1993 bygget). Bygget bør tilpasses arkitektonisk til eksisterende bygg. For begge alternativene er det valgt et to trinns system med NH3 stempelkompressorer. Bunntrinn med to stempelkompressorer og topptrinn med en stempelkompressor som er frekvensregulert. Reguleringsområde trinnløst fra 250 kw. Systemet må ha stort akkumulatorvolum på varm side. Antatt total kompressor COP 2,7 ved 0/4 C isvann og 65/70 C varmtvann. COP ved del last vil være god ned til ca. 250 kw. Under denne effekten starter og stopper kompressoren, COP blir opprettholdt. Fordelen med dette systemet mot et ett trinns anlegg med skruekompressor er dette: Høyere COP (fra 2,5 til 2,7) Mindre slitasje på maskiner Vi har vurdert disse alternativene: Alternativ 1: Varmepumpe dimensjonert til oppvarming av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges nærvarmerør til Bygg A og Bygg B. Ny isvannsmaskin for Bygg A basert på R-134A. Alternativ 2: Varmepumpe / isvannsmaskin dimensjonert til oppvarming og kjøling av Bygg A og Bygg B montert i nytt bygg. Energien hentes fra 20 stk. energibrønner med dybde 250 meter, og varme fra avkastluften til ventilasjonsaggregatet i Bygg A. Det legges rør for varmegjenvinning fra og dumping av overskuddsvarme i avkastet til ventilasjonsaggregatet i Bygg A.
Side 11 av 17 Det legges nærvarmerør til Bygg A og B, og nærkjølerør kun til Bygg A. Det settes av stusser i maskinrom for fremtidig kjøling av Bygg B. 5. KOSTNADSOVERSLAG 5.1. Alternativ 1 Antall Pris Sum stk. kr./enhet kr. Egen bygning på ca. 12 x 12 meter med sluse, maskinrom, nødutgang, lydisolering etc. 1 2 000 000 2 000 000 Mekanisk nødventilasjon maskinrom 1 150 000 150 000 Sikkerhetsutrustning 1 100 000 100 000 Rørarbeider 1 350 000 350 000 Isolering 1 80 000 80 000 Automasjon 1 200 000 200 000 Elektro (tilførsler til to tavler (hvert kompressoraggregat)) 1 200 000 200 000 To-trinns kompressoraggregat inkludert intern automatikk 1 2 800 000 2 800 000 Pumper 3 70 000 210 000 Bobleutskiller 2 30 000 60 000 Ekspanson/sikkerhetsventiler 2 40 000 80 000 Akkumulatorer 3 30 000 90 000 eventiler 6 20 000 120 000 Stengeventiler 10 3 000 30 000 Shuntventiler 1 20 000 20 000 Merking 1 5 000 5 000 Innregulering 1 15 000 15 000 FDV-instruks 1 10 000 10 000 Sum nytt bygg 6 520 000 Energibrønner 20 70 000 1 400 000 Rør til energibrønner 1 1 000 000 1 000 000 Nærvarmerør til Bygg A 30 5 300 159 000 Nærvarmerør til Bygg B 140 5 300 742 000 Rør varmegjenvinning ventilasjon fra Bygg A 30 2 300 69 000 Glykol 5 552 30 166 560 Sum utvendig 3 536 560
Side 12 av 17 Rørarbeider energisentral Bygg A 1 100 000 100 000 Varmeveksler 1 160 000 160 000 V.gj.v. batteri 1 100 000 100 000 Automasjon 1 80 000 80 000 Elektro 1 20000 20 000 Bygningsmessig 1 30000 30 000 Sum Bygg A 490 000 Isvannsmaskin med skruekompressor for R134-A 1 400 000 400 000 Demontering, deponering, kuldemedieavgift 1 100000 100 000 Rørarbeider 1 100000 100 000 Elektro 1 50000 50 000 Bygningsmessig 1 20000 20 000 Sum ny isvannsmaskin Bygg A 670 000 Rørarbeider energisentral Bygg B 1 100 000 100 000 Varmeveksler 1 80 000 80 000 Automasjon 1 80 000 80 000 Elektro 1 20000 20 000 Bygningsmessig 1 30000 30 000 Sum Bygg B 310 000 Prosjektering/administrasjon 1 383 187 Sum totalt 12 909 747 Investering: 12,9 mill. eks.mva. Energibesparelse varmeanlegg: 850 000 kwh/år kr. 680.000,- per år. Tilbakebetalingstid: 19 år
Side 13 av 17 Systemskisse alternativ 1 Varmepumpe / Isvannsmaskin 70/65 C NÆRVARME TIL BYGG A OG BYGG B VARME-distribusjonskrets 70/65 C Vann/glykol krets Akkum. VARMEGJENVINNING AVKAST VENTILASJONSAGGREGAT BYGG A ENERGIBRØNNER Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon:70 11 58 80 Bankforbindelse: 5353.05.12807 Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: www.riksheim.no Foretaksregisteret:NO 960 186 516 MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid E- mail:firmapost@riksheim.no
Side 14 av 17 5.2. Alternativ 2 Antall Pris Sum stk. kr./enhet kr. Egen bygning på ca. 12 x 12 meter med sluse, maskinrom, nødutgang, lydisolering etc. 1 2 000 000 2 000 000 Mekanisk nødventilasjon maskinrom 1 150 000 150 000 Sikkerhetsutrustning 1 100 000 100 000 Rørarbeider 1 400 000 400 000 Isolering 1 100 000 100 000 Automasjon 1 200 000 200 000 Elektro (tilførsler til to tavler (hvert kompressoraggregat)) 1 200 000 200 000 To-trinns kompressoraggregat inkludert intern automatikk 1 2 800 000 2 800 000 Pumper 5 70 000 350 000 Bobleutskiller 2 30 000 60 000 Ekspanson/sikkerhetsventiler 2 40 000 80 000 Akkumulatorer 5 30 000 150 000 eventiler 9 20 000 180 000 Stengeventiler 20 3 000 60 000 Varmeveksler 1 200 000 200 000 Shuntventiler 3 20 000 60 000 Tilbakeslagsventil 1 8 000 8 000 Merking 1 5 000 5 000 Innregulering 1 15 000 15 000 FDV-instruks 1 10 000 10 000 Sum nytt bygg 7 128 000 Energibrønner 20 70 000 1 400 000 Rør til energibrønner 1 1 000 000 1 000 000 Nærvarmerør til Bygg A 30 5 300 159 000 Nærvarmerør til Bygg B 140 5 300 742 000 Nærkjølerør til Bygg A 30 2 300 69 000 Rør varmegjenvinning/dumping ventilasjon fra Bygg A 30 2 300 69 000 Glykol 6 470 30 194 100 Sum utvendig 3 633 100 Rørarbeider energisentral Bygg A 1 100 000 100 000 Varmeveksler 1 160 000 160 000 V.gj.v. batteri 1 100 000 100 000 Rørarbeider kjølesystem 1 200 000 200 000 Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon:70 11 58 80 Bankforbindelse: 5353.05.12807 Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: www.riksheim.no Foretaksregisteret:NO 960 186 516 MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid E-mail:firmapost@riksheim.no
Side 15 av 17 Automasjon 1 80 000 80 000 Elektro 1 20000 20 000 Bygningsmessig 1 30000 30 000 Sum Bygg A 690 000 Rørarbeider energisentral Bygg B 1 100 000 100 000 Varmeveksler 1 80 000 80 000 Automasjon 1 80 000 80 000 Elektro 1 20000 20 000 Bygningsmessig 1 30000 30 000 Sum Bygg B 310 000 Prosjektering/administrasjon 1 411 332 Sum totalt 13 172 432 Investering: 13,2 mill. eks. mva. Energibesparelse varmeanlegg: 850 000 kwh/år kr. 680.000,- per år. Energibesparelse kjøleanlegg: Sum besparelse: 100 000 kwh/år kr. 80.000,- per år. 950 000 kwh/år kr. 760.000,- per år. Tilbakebetalingstid: 17,3 år
Side 16 av 17 Systemskisse alternativ 2 NÆRKJØLING TIL BYGG A STUSSER AVSETTES I MASKINROM TIL BYGG B KJØLE-distribusjonskrets 7/12 C Akkum. Varmepumpe / Isvannsmaskin 70/65 C NÆRVARME TIL BYGG A OG BYGG B VARME-distribusjonskrets 70/65 C Vann/glykol krets Akkum. Fjerning av overskuddsvarme VARMEGJENVINNING AVKAST VENTILASJONSAGGREGAT BYGG A DUMPING AV OVERSKUDDSVARME FRA KJØLEANLEGG SOMMER ENERGIBRØNNER Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon:70 11 58 80 Bankforbindelse: 5353.05.12807 Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: www.riksheim.no Foretaksregisteret:NO 960 186 516 MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid E- mail:firmapost@riksheim.no
Side 17 av 17 Dersom De ønsker en gjennomgang av skisseprosjektet sammen med oss, ber vi om at De tar kontakt. Vi takker for oppdraget. Ålesund, 07.05.13 Håvard Flisnes siv.ing. Kontor Ålesund: Kontor Nordfjordeid: Telefon:70 11 58 80 Bankforbindelse: 5353.05.12807 Breivika Industriveg 35B Postboks 334 Hjemmeside: www.riksheim.no Foretaksregisteret:NO 960 186 516 MVA 6018 Ålesund 6772 Nordfjordeid E-mail:firmapost@riksheim.no