Värmepumpssystem för nära-nollenergihus Nya utmaningar kräver ny lösningar Svein Ruud SP Energiteknik

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Värmepumpssystem för nära-nollenergihus Nya utmaningar kräver ny lösningar Svein Ruud SP Energiteknik"

Lars-Göran Hermansson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Värmepumpssystem för nära-nollenergihus Nya utmaningar kräver ny lösningar Svein Ruud SP Energiteknik

2 Projektinformation Projektstart: April 2012 Projektslut: Juni 2014 Finansiering/deltagande: Effsys+ TMF - Trä och Möbelföretagen Skanska Teknik / SBUF SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Bosch Thermoteknik / IVT Danfoss / Thermia Enertech /CTC

Möbelföretagen Skanska Teknik / SBUF SP Sveriges Tekniska

3 Projektgrupp Projektledare: Assisterande projektledare : Tekniska experter: Svein Ruud SP Martin Persson SP Caroline Haglund Stignor SP Jessica Benson SP Företagsdeltagare: Anders Rosenkilde TMF Tommy Walfridson Skanska Teknik AB Kent Karlsson Enertech/CTC Timo Haak Bosch/IVT Gunnar Eklund Bosch/IVT Olav Öhmark Danfoss/Thermia Magnus Lantz Danfoss/Thermia

Rosenkilde TMF Tommy Walfridson Skanska Teknik AB Kent Karlsson Enertech/CTC Timo Haak

4 Bakgrund EU-direktivet om byggnaders energiprestanda 2010/31/EG (EPBD2) kräver att alla nya byggnader ska ha mycket låg energianvändning, nära-noll, fr.o.m. 1 januari Beräkningar har visat att i ett Svenskt klimat så är berg-/markvärmepumpar ett mycket bra alternativ ur energisynpunkt, men att befintliga modeller är för stora och för dyra för att kunna användas i småhus med mycket låga värmebehov. Även för flerbostadhus hade beräkningar i ett tidigare avslutat Effsys+ projekt visat att värmepumpar är ett konkurrenskraftigt alternativ, men att det finns behov av att utveckla systemlösningarna. Ett viktigt randvillkor för en nära-nollenergibyggnad är att kravnivåerna inte bara ska vara tekniskt möjliga att uppnå utan att de även ska ligga på en kostnadsoptimal nivå.

användas i småhus med mycket låga värmebehov.

5 Målsättning Projektet skulle: Visa vilken energibesparing som kan uppnås i ett småhus respektive ett flerbostadshus med ett värmepumpsystem installerat på ett optimalt sätt ur ett systemperspektiv, samt kombinerat med ett energieffektivt klimatskal och ventilationsvärmeåtervinning Visa på möjligheterna att med hjälp av solvärme och solel ytterligare reducera energianvändningen ned mot en nära-nollenergi -nivå, liksom lönsamheten ur ett livscykelperspektiv (LCC) för dessa olika lösningar Utveckla konkurrenskraftiga värmepumpsystem som industrin kan vidareutveckla för både den svenska marknaden och exportmarknaden

med hjälp av solvärme och solel ytterligare reducera energianvändningen ned mot en nära-nollenergi -nivå, liksom lönsamheten ur ett livscykelperspektiv

6 Delmål Utveckla teoretiska koncept för småhus och flerbostadshus som nära-nollenergihus Utveckla och utvärdera en prototyp av ett värmepumpsystem som klarar kravnivåerna för nära-nollenergi, F-gas-, Eco Design- och RES-direktivet och samtidigt med en LCC som gör det till ett kostnadseffektivt alternativ Förbättra beräkningsmodeller för nära-nollenergibyggnader Deltagande i IEA HPP Annex 40 HP4NZEB koordinerat av Carsten Wemhöner, Schweiz

RES-direktivet och samtidigt med en LCC som gör det till ett kostnadseffektivt alternativ Förbättra

7 Målnivåer för nära-nollenergibyggnader föreslaget av Energimyndigheten (jämfört med befintliga kravnivåer i befintliga BBR 20) ER 2010:39 Klimatzon Elvärmda Bostäder 50 (95) Lokaler * (95-131) Icke-elvärmda I II III I II III 40 (75) * (75-104) *) Beroende på luftflöde 30 (55) * (55-78) Inga nivåer är ännu beslutade, men regeringen har uttalat att nära-nollenergi -nivån bör vara skarpare än befintliga kravnivåer - åtminstone för de flesta byggnadstyper och klimat. 75 (130) * ( ) Boverket och Energimyndigheten arbetar för närvarande med flera regeringsuppdrag kring detta bl.a. ett som heter Kontrollstation (110) * ( ) 55 (90) * (80-126)

regeringen har uttalat att nära-nollenergi -nivån bör vara skarpare än befintliga kravnivåer - åtminstone för de flesta byggnadstyper och klimat.

8 Ingen gemensam definition av en nära-nollenergibyggnad Det är upp till varje medlemsland att utifrån nationella och regionala förutsättningar definiera vad en näranollenergibyggnad är i respektive land. Detta innebär att det kommer att finnas minst lika många definitioner som det finns medlemsländer i EU

vad en näranollenergibyggnad är i respektive land.

9 Systemlösningar för projektets typhus Värmekälla Berg-/markvärmepump Ventilationsvärmeåtervinning FTX Värmedistribution Golvvärme

10 Projektets typhus (1) Hustyp Småhus NNE Flerbostadshus NNE Antal hushåll/lägenheter 1 40 Antal boende 4 80 Hushållsel 4800 kwh/år 112 MWh/år Specifik energianvädning, hushållsel 30 kwh/(år m2 Atemp) 28 kwh/(år m2 Atemp) Övrig byggnadsel - 8 MWh/år Specifik övrig byggnadsel - 2 kwh/(år m2 Atemp) Tempererad golvarea, A temp 160 m m 2 * Inre area omslutande klimatskal, A om 390 m m 2 Nominellt luftflöde; 0,35 liter/(s m 2 A temp ) 56 liter/s 1,4 m 3 /s Genomsnittligt värmegenomgångstal, U m 0,2 W/(K m 2 A om ) 0,3 W/(K m 2 A om ) Lufttäthet (vid ±50 Pa) 0,2 liter/(s m 2 A om ) 0,3 liter/(s m 2 A om ) Spec. ventilationsvärmeförlust (vid DVUT) 0,14 W/(K m 2 A temp ) 0,14 W/(K m 2 A temp ) ventilationsvärmeförlust 22,4 W/K 0,56 kw/k temperaturverkningsgrad ca 80 % ca 80 % Specifik fläkteffekt SFP ** 1,5 W/(liter/s) 1,3 kw/(m 3 /s) fläkteffekt 85 W 1,8 kw Specifik fläktenergi 4,5 kwh/(år m 2 A temp ) 4,0 kwh/(år m 2 A temp ) fläktenergi 700 kwh/år 16 MWh/år

Nominellt luftflöde; 0,35 liter/(s m 2 A temp ) 56 liter/s 1,4 m 3 /s Genomsnittligt värmegenomgångstal, U m 0,2 W/(K m 2 A om ) 0,3 W/(K m 2 A om ) Lufttäthet (vid ±50 Pa) 0,2 liter/(s m 2 A om )

11 Projektets typhus (2) Specifik pumpeffekt värme- och varmvattendistribution *** 0,3 W/(m 2 A temp ) 0,3 W/(m 2 A temp ) pumpeffekt värme- och varmvattendistribution 50 W 1,2 kw Specifik pumpenergi värme- och varmvattendistribution 1,5 kwh/(år m 2 A temp ) 1,3 kwh/(år m 2 A temp ) pumpenergi värme- och varmvattendistribution 250 kwh/år 5 MWh/år Specifik värmeförlust varmvatten/vvc vid stand-by 0,5 W/(m 2 A temp ) 0,3 W/(m 2 A temp ) värmeförlust varmvatten/vvc vid stand-by 80 W 1,2 kw Specifikt värmebehov varmvatten/vvc vid stand-by 4,5 kwh/(år m 2 A temp ) 2,5 kwh/(år m 2 A temp ) värmebehov varmvatten/vvc vid stand-by 700 kwh/år 10 MWh/år Specifikt värmebehov i klimatzon III 36,5 kwh/(år m 2 A temp ) 34,5 kwh/(år m 2 A temp ) värmebehov i klimatzon III 5800 kwh/år 138 MWh/år Maximalt effektbehov ut på värmesystemet 4 kw 75 kw Specifikt varmvattenbehov (exkl. värmeförluster) 21,5 kwh/(år m 2 A temp ) 17,5 kwh/(år m 2 A temp ) varmvattenbehov (exkl. värmeförluster) 3400 kwh/år 70 MWh/år Specifik energibehov netto, inkl. hushållsel 100 kwh/(år m 2 A temp ) 90 kwh/(år m 2 A temp ) energibehov netto, inkl. hushållsel kwh/år 360 MWh/år Specifik energianvändning (köpt energi), inkl. hushållsel **** 60 kwh/(år m 2 A temp ) 55 kwh/(år m 2 A temp ) energianvändning (köpt energi), inkl. hushållsel kwh/år 220 MWh/år Specifik energianvändning (köpt energi), exkl. hushållsel 30 kwh/(år m 2 A temp ) 27 kwh/(år m 2 A temp ) energianvändning (köpt energi), exkl. hushållsel kwh/år 108 MWh/år

0,5 W/(m 2 A temp ) 0,3 W/(m 2 A temp ) värmeförlust varmvatten/vvc vid stand-by 80 W 1,2 kw Specifikt värmebehov varmvatten/vvc vid stand-by 4,5 kwh/(år m 2 A temp ) 2,5 kwh/(år m 2 A temp )

12 Prestanda för utvecklade värmepumpsystem Värmepump för enfamiljshus Värmepump för flerfamiljshus P HP heat, 0/35 C 4750 (W) P HP heat, 0/35 C 90,0 (kw) COP, heat, 0/35 C 4.24 (-) COP, heat, 0/35 C 4.60 (-) P HP heat, 0/45 C 4500 (W) P HP heat, 0/45 C 87,0 (kw) COP, heat, 0/45 C 3.28 (-) COP, heat, 0/45 C 3.66 (-) A-klassad cirkulationspump Ja A-klassad cirkulationspump Ja Tomgångseffekt, el 55 (W) Tomgångseffekt, el 1,2 (kw) Installerad eleffekt 4500 (W) Installerad eleffekt 35,9 (W)

60 (-) P HP heat, 0/45 C 4500 (W) P HP heat, 0/45 C 87,0 (kw) COP, heat, 0/45 C 3.28 (-) COP, heat, 0/45 C 3.

13 Beskrivning av de olika antagna solsystemen Enfamiljshus Flerfamiljshus Energi, kwh Yta, m 2 Toppeffekt, kwp Solvärme ,5 - Solel ,3 Solvärme Solel För överskottselen har det antagits nettodebitering på månadsbasis i LCC-kalkylerna

4,5 - Solel 3 000 21 3,3 Solvärme 41 800 97 - Solel 40 000 260 44

14 Beräkning av energiprestanda, Enfamiljshus

15 Beräkning av energiprestanda, Flerfamiljshus

16 LCC-analys Variabel Värde Enhet Diskonteringsränta 4.0% Kalkylperiod 30 år Elpris (medelvärde) 1.46 SEK/kWh Fjärrvärmepris (medelvärde) 0.67 SEK/kWh Pelletpris (medelvärde) 0.55 SEK/kWh Elprisökning per år 3.0% Fjärrvärmeprisökning per år 2.0% Pelletprisökning per år 2.0% För elpris, fjärrvärmepris och pelletspris har månatliga variationer under året har använts. Ovanstående tabell ger medelpriserna för el, fjärrvärme och pellets.

55 SEK/kWh Elprisökning per år 3.0% Fjärrvärmeprisökning per år 2.0% Pelletprisökning per år 2.

17 Månadsfördelning energianvändning i LCC-analysen

18 Indata LCC-analys - Enfamiljshus Typ av investering Investeringskostnad (SEK) Livslängd (år) Bergvärmepump Borrhål Luft/vatten-värmepump Fjärrvärmecentral Pelletpanna Solfångare + ackumulatortank Skorsten Rör mm PV- installation, totalt per kwp PV-moduler, per kwp Växelriktare, per kwp PV-moduler: ytterligare kostnader, per kwp PV-installation: bidrag, per kwp

ackumulatortank 56 250 20 Skorsten 18 750 20 Rör mm.

19 LCC småhus

20 Indata LCC-analys Multifamily house Investment (SEK) Life expectancy (yr) GSHP Bore hole District heating sub station Solar thermal collector + accumulator tan PV-installation, total per kwp PV-module:, per kwp Inverter, per kwp PV-modules: additional costs, per kwp PV-installation: subsidy, per kwp

100 000 20 PV-installation, total per kwp 20 000 PV-module:, per kwp 12 000 25 Inverter, per kwp

21 LCC flerbostadshus

22 Känslighetsanalys diskonteringsränta för flerfamiljshuset

23 Slutsatser Systemlösningen med ett välisolerat och tätt hus med golvvärme och FTX-ventilation i kombination med en heltäckande bergvärmepump klarar med god marginal den av Energimyndigheten föreslagna kravnivån för nära-nollenergi -byggnader. Ur ett LCC perspektiv är lösningen även konkurrenskraftig gentemot fjärrvärme, vilken för samma byggnad inte klarar den föreslagna kravnivån. Ovanstående gäller för både småhuset och flerbostadshuset. Solel och solvärme ger ytterligare förbättring av energiprestandan, men för småhuset är endast solel lönsamt ur ett LCC-perspektiv (om nettodebitering på månadsbasis). För samma flerbostadhuset med fjärrvärme är solel och solvärme nödvändigt för att klara föreslagen kravnivå. Bergvärmealternativet är mindre känsligt för variationer i energiprisökningar.

24 Behov av fortsatt arbete Är billigare on/off värmepumpar lönsammare än dyrare(?) frekvensstyrda. Dimensionering av varmvattenbehov och värmepumpar i flerbostadshus. Installation och styrning av golvvärme i flerbostadshus. Optimering av dimensionering och samstyrning av solel och solvärme i kombination med värmepump Minimering av installationskostnaden för solvärme i småhus med värmepump. Integrering av borrhål, värmepump och FTX-ventilation, exempelvis förvärmning och komfortkylning av uteluft med borrhål/värmepump

25 Título capítulo Tack för uppmärksamheten! För mer information:

Relevanta dokument

Värmepumpsystem för NNE enfamiljshus och flerfamiljshus. Martin Persson SP

Värmepumpsystem för NNE enfamiljshus och flerfamiljshus Martin Persson SP Projektinformation Projektstart: april 2012 Projektavslut: juni 2014 Finansierat av: Energimyndigheten, Effsys+ Trä och möbelföretagen