Oppdragsgiver: Asker kommune Oppdrag: 532133 Del: Dato: 2013-04-10 Skrevet av: Per Daniel Pedersen, Lars Bugge Kvalitetskontroll: Rolf Sørlie NYE HOLMEN BAD - ENERGIVURDERINGER INNHOLD 1 Innledning... 1 2 Energibalanse for en svømmehall / Badeanlegg... 2 2.1 Forutsetninger for energibalansen... 3 2.2 Interne prosesser... 4 3 Beregningsresultat... 5 3.1 Behov for elektrisk energi... 8 3.2 Levert energi... 8 4 Solenergi muligheter for utnyttelse.... 8 5 Konklusjon...10 1 INNLEDNING Dette notatet inneholder resultater fra energiberegninger for et planlagt badeanlegg på Holmen i Asker. Notatet bygger på tidligere beskrivelser og vurderinger notatene «Nytt bad i Holmenområdet Mulighetsstudie Domentomta» utarbeidet av Asplan Viak 8.5.2012, og «Gode energiløsninger nytt Holmen bad», utarbeidet av Asplan Viak 4.3.2013. Til grunn for beregningene i dette notatet er valgt et badeanlegg (bygg) med grunnflate på 40x55 meter (2 200 m2), og med to basseng på henholdsvis 525m 2 og 156m 2. Asplan Viak AS - Kjørboveien 12 - Postboks 24-1300 Sandvika - Tlf 67525200 - Faks 67525299 asplanviak.no
Figur 1 Skisse av basseng og mulig dimensjon på nytt Holmen bad. Hovedbasseng er 25 x 21 m og terapibasseng er 12,5 x 12,5 m. 2 ENERGIBALANSE FOR EN SVØMMEHALL / BADEANLEGG Energibalansen i en moderne svømmehall / badeanlegg er sammensatt og svært annerledes enn andre typer bygg. Grovt sett tilføres anlegget energi fra følgende kilder: Elektrisk energi til drift av pumper, til lys og kulde teknisk avfuktning Varme fra personer som bruker og arbeider i anlegget Varme fra egen energisentral eller fjernvarme til oppvarming av anlegget, for oppvarming av tappevann til dusjer og spevann til basseng Solvarme gjennom vinduer Energi avgis fra badeanlegget gjennom følgende energistrømmer: Varmetap gjennom klimaskjerm (Gulv, vegger, vinduer og tak) Varmetap ved utilsiktet luftskifte (infiltrasjon) Varmetap ved ventilasjons ut av anlegget Varmetap i avløpsvann spesielt fra dusjer og prosessvann fra bassengene Av de interne energiprosesser så domineres de av følgende: Avdampning fra bassenger og andre våte flater Varmegjenvinng i ventilasjonsanlegg Avfukting med mekanisk kjøling i kombinerte avfuktingsaggregater/ventilasjonsanlegg Energi fra pumping, lys og vifter som omdannes til varme overført til vann eller luft i anlegget Gjenvinning av energi fra grått avløpsvann til oppvarming av tappevann Nye Holmen bad - Energivurderinger 2
Gjenvinning av varme avløp fra bassenger til spevann Energibalansen er avhengig av flere faktorer og de viktigste er: Utetemperatur Temperatur i hallen Temperatur i bassenger Luftfuktighet i bassengehaller Avktivitetsnivå i anlegget med antall badende og type aktivitet Andre forhold (Produksjon av klor, drift av kjøkken, kafe og andre aktiviteter som ikke er direkte knyttet til primærfunksjoner) Fr å sette opp energibalansen så er alle disse faktorene nødvendig å kunne beregne. I en forenklet analyse i en tidligfase er det nødvendig å gjøre noen forenklinger. I denne tidlig energianalysen er det gjort med følgende forutsetninger: Gjennomfører beregninger med månedsmiddel for utetemperatur med den meteorologisk stasjonen i Asker Isolasjon av klimaskjerm tilsvarende passivhus for idrettsanlegg Svært god tetthet med lekkasjetall på 0,2 luftskifte pr time ved en trykkforskjell på 50 Pa. 2.1 Forutsetninger for energibalansen Vi har forutsatt at det er et bygg som vist i grunnriss i Figur 1 med et treningsbasseng med 8 baner på 25 x 21 meter og et terapibasseng på 12,5 x 12,5 m. Vanntemperatur er hhv. 28 og 35 C. I hallen med 25 m bassenget holdes lufttemperatur 2 C enn vanntemperaturen for å redusere avdamping mest mulig. I terapibasseng er lufttemperatur litt lavere 1 3 C enn i vannet. Vi forutsetter videre at relativ fuktighet holdes på 55 % i den varme årstid og at denne synker til 45 % i de tre vintermånedene. Ved å holde RF over 50 % kan det spares mye energi. Bygget er ca 55 x 40 m og det gir et areal på 2200 m 2. Det er samme grunnriss som i mulighetsstudien uført av Asplan Viak i 2012. Eneste endring er aktuelle basseng. Vi forutsetter inntil 50 badende av gangen i hele åpningstiden med moderat aktivitetsnivå. Angir hvor våte flatene blir og dermed hvor stor avdampning. 2.1.1 Standard på bygget Vi har regnet med at alle flater i klimaskjermen har tilnærmet passivhusstandard for idrettsbygg. For vinduer er det viktig med riktig varme- og lysgjennomgang tilpasset forholdene i badet. Vi har i beregning av energibalansen brukt følgende isolasjonsverdier og tetthet: Nye Holmen bad - Energivurderinger 3
Vinduer U-verdi = 0,8 W/m 2 K Tak U-verdi = 0,09 W/m 2 K Vegg U-verdi = 0,12 W/m 2 K Normalisert kuldebroverdi = 0,03 W/m 2 K Lekkasjetall (n 50 ) = 0,2 h -1 2.1.2 Utetemperatur Vi har brukt følgende utetemperatur som er målt Asker: Tekst/måned Jan Febr Mars Apr Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Des (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) Månedsmiddel utetemp. ( C) -4,7-4,6-0,9 3,5 9,9 14,6 15,9 14,7 10,5 5,9 0,4-3,2 2.1.3 Energi tilført bygget Energi tilført bygget er i hovedsak postene elektrisk energi til vifter og pumper for transport av vann og luft. Videre er det tilført elektrisk energi til kompressor i avfukteraggregatet (kjølemaskin/varmepumpe). Belysning, maskiner og kjøkkenutstyr er de siste postene på elektrisk energi til bygget. I beregning av energibalanse er det forutsatt at det velges energieffektive løsninger og vifteenergi er satt til lavere enn 2 kw/m 3 pr sekund. For pumpeenergi er det satt 15 kw. Det vil variere mye avhengig av type bad, basseng og renseteknologi. Denne posten er ikke avgjørende for resultatet. Sammenhengen er at med mer pumpeenergi så blir varmebehovet mindre. Varme tilføres bygget fra personer i bygget, fra sol gjennomvinduer og varme til oppvarming av bygg og vann. 2.1.4 Varmetap Varmetap ut av bygget er tap gjennom klimaskjermen. Ny svømmehall er forutsatt å ha en varmetapsfaktor lavere enn 0,45 [W/m 2 K] som er passivhuskravet for idrettsbygg. I Beregning er benyttet 0,4 [W/m 2 K] inkl. infiltrasjonsvarmetapet. Varmetapet fra ventilasjon er knyttet til at varm og fuktig luft blåses ut og erstattes av friskluft som i fyringssesongen er kaldere og tørrere enn avkastluften. Avkastluften er forutsatt å være ca 10 C og ha RF= 90 % hele året. Varmetap fra gråvann er varmt dusjvann og varmt prosessvann. I beregningen er det lagt inn gjenvinning av gråvann med en virkningsgrad på 80 %. 2.2 Interne prosesser Av de interne prosesser i en svømmehall er fordampning av vann fra våte flater og system for avfukting av luften de viktigste. Øvrige interne prosesser er allerede kommentert og satt opp som viktige forutsetninger. Nye Holmen bad - Energivurderinger 4
2.2.1 Fordampning fra basseng og våte gulvareal og avfuktning Svømmehaller skiller seg fra andre bygningstyper ved forholdsvis høy innetemperatur og høy luftfuktighet innendørs. Den høye innetemperaturen, varmtvannsforbruk og fordampning fra bassenget fører til et høyt energiforbruk. I badehallen vil det være store energimengder som går med til fordampning av vann fra bassengoverflater og våte gulvareal. På basis av oppgitte areal og temperaturnivå i badeanlegget er det beregnet en fordampning på 3000 4000 kg/døgn Energimengden som skal til for å fordampe dette utgjør 2700 kwh/døgn, eller 850 MWh over året. Alle moderne svømmehaller har nå omfattende, energieffektive og gode systemer for ventilasjon og avfuktning. Det er kombinerte anlegg for ventilasjon og avfuktning med full kontroll av klima i svømmehallen. Avfuktning skjer på tre måter. I aggregatet er det en gjenvinner, kjølemaskin/varmepumpe og friskluftinntak som samlet avfukter svømmehallsluften. Om vinteren er den kalde og tørre uteluften ofte tilstrekkelig til å avfukte innblåsningluften til hallen. Innblåsingsluften er styrt av behovet for friskluft i driftstiden og avhenger av antall badende, aktivitet og kontroll på forurensninger. Utenom driftstiden kjøres aggregater i omluft og kjølemaskin/varmepumpe brukes for mekanisk avfukting av svømmehallsluften. Det blir dermed et betydelig varmeoverskudd i aggregatet. Dette varmeoverskuddet brukes til oppvarming av bassengvann og evt. andre formål Energibalansen kan settes opp som vist i Figur 2. Figur 2 Energibalanse for ventilasjons- / avfukteraggregatet i en svømmehall 3 BEREGNINGSRESULTAT Ved å beregne energibalansen for hver måned over året får man beregnet varmetap for postene beskrevet ovenfor. Resultat av denne beregningen er vist i Figur 3 Nye Holmen bad - Energivurderinger 5
Energi (kwh) NOTAT Varmetap 250 000 Transm.tap 200 000 Infiltr.tap 150 000 100 000 Fordunstningstap basseng Varmtvannsoppv. 50 000 0-50 000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Måned Oppv. bassengvann (blødevann) Varmetap i bassengvegger/gulv Ventilasjonstap Sum tap Figur 3 Varmetap for relevante post for Holmen nye Svømmehall Varmetilskudd fra postene nevnt ovenfor er vist i Nye Holmen bad - Energivurderinger 6
Energi (kwh) Energi (kwh) NOTAT 350 000 Varmetilskudd Tilskudd sol 300 000 Tilsk. belysn. 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Måned Tilsk. personer QB (Sum energi fra aggregater) [kwh/mnd] Tilskudd fra pumper Tilskudd vifter Sum tilskudd Tilskudd kjøleaggr. Gråvannsgjennvin ning, 80 % Figur 4 Varmetilskudd nye Holmen Svømmehall Ved å legge varmetap og tilskudd sammen får man frem om det er varmebehov eller varmeoverskudd pr mnd som vist i Figur 4. 350 000 300 000 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0-50 000-100 000-150 000-200 000 Energibalanse 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Måned Sum tap Sum tilskudd Netto tap Figur 5 Samlet energibalanse for varme i nye Holmen svømmehall. Detter er basert på en forenklet beregning med forutsetninger gitt i dette notatet. Detaljerte beregninger er nødvendig for dimensjonering av anlegget. Nye Holmen bad - Energivurderinger 7
Som vist i Figur 5 er det og balanse mellom varmetap og varmtilskudd i over året. Det er varmeoverskudd om sommeren og behov for varmetilskudd i noen måneder om vinteren. Resultat fra endelig energibalanse når prosjekteringsgrunnlaget er detaljert kan endre bilde noe, men ikke hovedtrekkene i at det er overskudd om sommeren. Dette overskuddet kommer i hovedsak fra avfuktningsaggregater og er «billig» varmeenergi å utnytte. Det er derfor heller ikke behov for ekstern tilskudd ved f.eks. solvarme om sommeren. Varme Jan Febr Mars Apr Mai Juni Juli Aug Sept Okt Nov Des Tot (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) (kwh) Behov for varmetilførsel 73 000 60 000 13 000 0 0 0 0 0 0 0 31 000 69 000 246 000 Figur 6 Varmebehov fra ekstern kilde pr mnd og samlet pr år. 3.1 Behov for elektrisk energi Med de gitte forutsetninger er behovet for elektrisk energi i underkant av 700 000 kwh. 3.2 Levert energi Behovet for levert energi er dermed i underkant av 1 000 000 kwh hvorav 70 % er elektrisk energi. Behovet for varme kan dekkes på flere måter og et grunnvarmeanlegg med noen energibrønner og en varmepumpe kan dekke behovet. Det er gunstig på denne på dette bygget fordi det er varmeoverskudd om sommeren som kan lagres i energibrønner og brukes om igjen om vinteren. I neste kapittel skisser vi hvordan elektrisk energi kan produseres på denne svømmehallen. Det vil være over 2000 m 2 takflater som kan være aktuelle. 4 SOLENERGI MULIGHETER FOR UTNYTTELSE. Solenergi kan i prinsippet brukes både til å lage varmtvann og til strømproduksjon. Våre beregninger så langt tyder på at solvarme har lite for seg i dette prosjektet fordi det, det i sommerhalvåret er varmeoverskudd i badeanlegget. Solstrøm derimot, vil det være bruk for hele året, og særlig på grunn av fallende enhetskostnader på solceller i de siste to-tre årene kan bruk av solcelleteknologi være interessant. Siden 2009, har prisene på solceller grovt sett blitt halvert. Prisfallet skyldes dels store satsninger på solcellefabrikker internasjonalt, særlig i Kina. Samtidig har mange land, særlig i Europa og USA, gjennomgått økonomiske krisetider. Overkapasitet på produksjonssiden med tilhørende svikt i forventet etterspørsel har skapt prisfall i markedet for solceller. De fleste solcelleprodusenter har måttet skjære ned sin produksjon, slik REC har gjort i Norge. Parallelt med selve markedsutviklingen, er interessen i Norge for miljøvennlig byggeteknologi økt. Interesseøkningen skyldes til dels innskjerpinger i byggeforskriftene i 2010, som bl.a. setter krav til energieffektivitet og valg av energibærer i nye og rehabiliterte bygg. Økningen Nye Holmen bad - Energivurderinger 8
skyldes også at leietakere i økende grad vektlegger miljøegenskaper når de skal velge tilholdssted. Miljøegenskaper, inkludert energiytelser, har blitt viktigere som konkurransefaktor i eiendomsmarkedet enn tidligere. Kraftproduksjonen fra solceller er proporsjonal med lysets strålingsintensitet, men påvirkes også at temperaturforholdene omkring solcellen. Lave temperaturer gjør at hver celle øker sin produksjon noe. I norsk sammenheng er kombinasjonen av lave temperaturer og mange daglige soltimer sent på vinteren gunstig. Solceller produserer likestrøm. Siden de fleste elektriske forbruksinstallasjoner i bygg ol. bruker vekselstrøm, og henter dette som regel fra nettet, må solstrømmen i de fleste tilfeller vekselrettes. De fleste større solcelleanlegg inkluderer derfor vekselrettere som foruten omdanner likestrøm til vekselstrøm, leser frekvens og spenning i nettet slik at solstrømmen som produseres er tilpasset forholdene i nettet. Kraftproduksjonen fra solceller henger nøye sammen med lokal solinnstråling, vinkelen mellom solcellepanelene og solinnstrålingen og omgivelsestemperaturen. Det er f.eks. viktig å unngå at det kommer skygge på panelene, helt eller delvis fra trær og/eller omkringliggende bygg. På en horisontal plate på en kvadratmeter i Sør Norge vil solinnstrålingen representere en energimengde på 800-1000 kwh/år. Variasjonene er store over året. Virkningsgraden solcellene har, dvs. evnen til å omdanne sollys til strøm ligger grovt sett på mellom 15-20 %. Det betyr at man fra en solcellemodul på 1 kvadratmeter vil kunne få om lag 130-180 kwh/år, typisk i et område som Holmen. Kostnadene for et solcelleanlegg er avhengig av anleggsstørrelsen og valg av teknologi. Men kostnadene er også knyttet til hvor enkelt solcelleanlegget lar seg tilpasse og montere på, i eller ved bygget der installasjonen gjøres. Kostnadene for solstrøm er også avhengig av hvilke forutsetninger man velger når det gjelder kapitalkostnader (avskrivningstid og kalkulasjonsrente). Et solcelleanlegg som har kommet i drift har svært beskjedne drifts- og vedlikeholdskostnader. Videre er levetiden som regel lang,- flere eksisterende anlegg har vært i drift i mer enn tretti år. Selv om det finnes eksempler på solcelleanlegg som gir elkostnader ned mot 1 kr/kwh, vil det nok være mer robust å regne kostnader i intervallet 1,2-1,7 kr/kwh. Denne kostnaden kan settes direkte opp mot el-kostnaden man får ved å kjøpe fra nettet, der man foruten strømkostnaden også må betale for nettleie og avgifter. I dag vil mange strømabonnenter ligge med kostnader i området 0,7-1,0 kr/kwh. Kostnadene for solstrøm henger nært sammen med solforholdene på/ved bygget, tilgjengelige tak- og fasadearealer og beskaffenheten av disse og kompleksitet når det gjelder kabling mellom solcellemodulene og likerettere/teknisk (føringsveier). Gitt at man har tilgjengelig nøyaktig plassering og beskaffenhet av bygget, vil det være en relativt moderat oppgave å skissere energiproduksjon og enhetskostnader for strømmen som vil bli produsert. I Norge er solcelleanlegg integrert i bygg foreløpig ganske sjeldent. Men slike anlegg finnes bl.a. på Operabygget i Oslo og på Agder Energi sitt hovedkontor i Kristiansand. Os kunst og kultursenter syd for Bergen (Oseana) har Norges foreløpig største solcelleanlegg på ca 450 m 2 fordelt over hele sørfasaden. Flere større solcelleanlegg er i planleggings- og byggefase, Nye Holmen bad - Energivurderinger 9
bl.a. «Powerhouse»-prosjektet på Kjørbo, der Entra Eiendom rehabiliterer to kontorblokker fra 1970/80 tallet til passivhusstandard. Figur 7 Oseana fasade med 400 m 2 solceller 5 KONKLUSJON Behovet for levert energi på den nye Holmen Svømmehall er etter en foreløpig energiberegning i underkant av 1 000 000 kwh. Av dette er 70 % av behovet elektrisk energi. Resten av behovet er varme kan dekkes på flere måter. Et grunnvarmeanlegg med noen energibrønner og en varmepumpe kan dekke varmebehovet. Det er gunstig på dette bygget fordi det er varmeoverskudd om sommeren som kan lagres i energibrønner og brukes om igjen om vinteren. Elektrisk energi kan produseres på denne svømmehallen. Det vil være over 2000 m 2 takflater som kan være aktuelle for produksjon av solstrøm og bidra til at den nye Holmen Svømmehall kan bli en fremtidsbygg og nær nullutslippsbygg. Nye Holmen bad - Energivurderinger 10