EXAMENSARBETE. Dimensionering av uppvärmningssystem för Kv. Näcken, Piteå. Martin Lindberg Kristoffer Norin. Luleå tekniska universitet

Transkript

1 EXAMENSARBETE 2007:10 HIP Dimensionering av uppvärmningssystem för Kv. Näcken, Piteå Martin Lindberg Kristoffer Norin Luleå tekniska universitet Högskoleingenjörsprogrammet Prospekteringsingenjör Institutionen för Samhällsbyggnad Avdelningen för Förnyelsebar energi 2007:10 HIP - ISSN: ISRN: LTU-HIP-EX--07/10--SE

2 Förord Detta examensarbete utgör sista delen i vår utbildning till projektingenjörer vid Luleå tekniska universitet. Examensarbetet har genomförts under våren 2007 för avdelningen förnyelsebar energi. Genom arbetets gång har ett antal personer varit involverade, personer som bidragit med kunskap, idéer och visat engagemang. Vi vill därför passa på att skicka ett stort tack till Bo Nordell vår handledare som varit ett utomordentligt bollplank med bra idéer och synpunkter. Vi vill även tacka Ulf Wiksten med personal på RAWI för att ni har varit så tillmötesgående och hjälpsamma. Luleå, maj 2007 Kristoffer och Martin i

3 Sammanfattning Fastighets AB RAWI är Piteå kommuns största privata fastighetsägare med drygt 1100 lägenheter och 250 lokaler i Piteå påbörjade de etapp 1 på ett nytt bostadsområde på den så kallade bryggeritomten i centrala Piteå, Kv. Näcken. Området kommer tillsammans med det nyrenoverade gamla Bryggeriet även att omfatta totalt 100 lägenheter. Just nu är etapp 2 i full gång. Man har stött på berg på ganska ytlig nivå och man ser möjligheterna att minska energikostnaderna genom att byta uppvärmningssystem från fjärrvärme till bergvärme. Syftet med detta examensarbete är att ta fram en lämplig lösning som redogör hur man på bästa sätt tillgodoser fastigheternas energibehov med hjälp av fjärrvärme och de befintliga borrhålen. Resultatet visar att de befintliga borrhålen kommer att bli alldeles för kalla för att driva hela systemet eftersom temperaturen i borrhålen inte bör understiga -10 C. Borrhålen kommer att täcka en tredjedel av det totala uppvärmningsbehovet. Detta gör att bergvärmen blir en kompletterande värmekälla till fjärrvärmen. Att investera i ett bergvärmesystem som bara täcker en tredjedel av energiförbrukningen för uppvärmningen kan i första skedet verka väldigt onödigt. Varför lägga ut så mycket pengar på något som du får ut så lite av, när man skulle kunna lägga ungefär 2.5 ggr mer och då täcka hela förbrukningen. Eftersom att möjligheten att komplettera de befintliga borrhålen med fler är otänkbart av den anledningen att man har byggt 2 våningar av huset på ytan. Man kan inte heller kräma ur borrhålen maximalt, eftersom de ligger på ett sådant avstånd ifrån varandra att ett värmelager med återladdningssystem inte är möjlig. Detta gör att enda sättet att täcka större del av förbrukningen på annat sätt än fjärrvärme anser vi är att använda sig av solvärme och då i form av solpaneler. Men kostnaden för denna investering är också väldigt hög och utvecklingen sker fort vilket gör att i dagsläget anser vi att det inte är lönsamt att investera i ett sådant system. ii

4 Abstract Fastighets AB RAWI is the biggest private property owner in Piteå with more than 1100 apartments and 250 premises. Their first stage of a new development started in 1993 at the old brewery block Näcken in downtown Piteå. This residential area, including the reconstructed old brewery, comprises of 100 apartments. Stage 2 of the project is presently underway. Since the bedrock is at a fairly shallow depth the possibility to replace part of the existing district heating system was investigated. This final thesis work aims at to investigate suitable solutions for the energy supply with both district heating and ground coupled heat pumps. The result shows that the existing boreholes cover one a third of the total heating need. In this way the bedrock will be a complementary source of heat to district heating. It may look unattractive to invest in a borehole system that covers only a third of the energy consumption. Why not extend the borehole system to cover the entire energy consumption? The reason is that there is not enough space for more boreholes and it is not possible to recharge the system because the big spacing between the borehole. The only other way to cover the main part of the energy consumption would be solar collectors. However, the cost of such solar systems is presently too high. Therefore we suggest a heating system primarily based in district heating with additional heating from existing boreholes. iii

5 Innehållsförteckning 1 Introduktion Bakgrund till projektet Syfte Mål Omfattning Resurser Förstudie Kvarteret Näcken Bergvärme Fjärrvärme Berggrundens förutsättningar Energiförbrukning Uppvärmning Varmvattenförbrukning Ekonomisk jämförelse mellan ett fjärrvärme- och bergvärmesystem Fjärrvärmesystem Bergvärmesystem Resultat Nya förutsättningar Dimensionering för Kv. Näckens bergvärmesystem Jämförelse mellan fjärrvärmesystem och bergvärmesystem Dimensionering för KV. Näckens solvärmesystem med solpaneler Användbara ytor Solpanelerna Kostnadsjämförelse Slutsatser/diskussion Referenser iv

6 Bilagor Bilaga 1:Temperatur i berget på 100 meters djup Bilaga 2: Slutrapport borrhål Bilaga 3: Framtida energiförbrukningen uträknat med ytberäkning. Bilaga 4: Solenergiuträkning v

7 1 Introduktion 1.1 Bakgrund till projektet Fastighets AB RAWI (RAWI) är Piteå kommuns största privata fastighetsägare med drygt 1100 lägenheter och 250 lokaler i Piteå påbörjade de etapp 1 på ett nytt bostadsområde på den så kallade bryggeritomten i centrala Piteå, Kv. Näcken. Området kommer tillsammans med det nyrenoverade gamla Bryggeriet även att omfatta totalt 100 lägenheter. Just nu är etapp 2 i full gång. Man har stött på berg på ganska ytlig nivå och man ser möjligheterna att minska energikostnaderna genom att byta uppvärmningssystem från fjärrvärme till bergvärme. 1.2 Syfte Syftet med detta examensarbete är att ta fram en lämplig lösning som redogör hur man på bästa sätt tillgodoser fastigheternas energibehov med hjälp av fjärrvärme och de befintliga borrhålen. 1.3 Mål Arbetes mål är att: Studera både bergvärme- och fjärrvärmesystem för Kv. Näcken för att utreda vilket uppvärmningsalternativ som är mest lämpligt. Göra en ekonomisk kalkyl, som ger RAWI en uppfattning om investerings- och driftkostnader för en lämplig bergvärmeanläggning för Kv. Näcken. 1.4 Omfattning Arbetet innebär att studera: Vilket energibehov som finns per fastighet och för hela Kvarteret. Om markförhållandena är lämpliga för en bergvärmeanläggning. Vad som krävs för att vi ska få ut den energi som behövs. Om det finns behov att under vissa perioder komplettera med fjärrvärme för att klara uppvärmningsbehovet och i så fall när och hur mycket. 1.5 Resurser För att genomföra projektet har projektet tillgång till: All personal på RAWI, deras kunskaper, erfarenheter och all den data och information som de besitter. All hjälp som vi kan tänkas behöva från VVS projekteringsföretaget PeLator. All information från det i så fall aktuella borrföretaget Norrbottens borrtjänst. 1

8 2 Förstudie 2.1 Kvarteret Näcken Kvarteret Näcken ligger på den så kallade Bryggeritomten i centrala Piteå påbörjades den första etappen med 50 lägenheter och ett garage (hus A). Sommaren 2006 blev man klar med renoveringen av gamla bryggeriet (hus C), som i dagsläget består av restaurang- och kontorsverksamheter. Man är nu i full gång med etapp 2 och byggnationerna av 50 nya lägenheter (hus B) samt ett parkeringshus i anslutning till denna fastighet. Figur 2.1 Situationsplan över Kv. Näcken Hus A Figur 2.2 Modell över hus A Denna fastighet (Hus A) består av 50 lägenheter och ett varmgarage. Byggåret var 1993, vilket gör att det finns data och information lagrat från och med det året. 2

9 2.1.2 Hus C Figur 2.3 Bild på hus C bryggeriet taget vintern 2006 Gamla bryggeriet har i många år stått tomt och öde, men är idag renoverat och inhyser sex stycken hyresgäster. Dessa hyresgäster bedriver kontorsverksamhet i olika former. Denna fastighet blev färdig i dess nuvarande utformning sommaren Detta medför att det inte finns någon data lagrad bakåt i tiden, vilket gör att vi blir tvungna att räkna fram en ungefärlig energiförbrukning Hus B Byggnationerna är just nu i full gång. Denna fastighet kommer att se ut ungefär som hus A. Det som skiljer är att i denna kommer en pool, bastu och motionshall att finnas, vilket kommer att göra skillnader i bland annat energi- och varmvattenförbrukningen (se figur 2.1). 3

10 2.2 Bergvärme Öppet eller slutet system Det finns två olika typer av bergvärmesystem, öppna och slutna system. Ett öppet system använder grundvattnet i borrhålet som köldbärare. Ett slutet system använder en sluten köldbärare med tillräckligt låg frystemperatur, vilket medför att temperaturer under 0 C kan utnyttjas. I fortsättningen behandlas enbart slutna system vilka är de vanligaste förekommande. Bergvärmesystem utnyttjar den lagrade energin i berggrunden som värmekälla. Berggrunden och grundvattnet värms upp av solen och av termisk energi i jordens inre. Värmen från berget och grundvattnet överförs till köldbäraren som transporterar värmen till värmepumpen. Generellt brukar kretsen som för värmen till värmepumpen kallas för systemets primärkrets. Figur 2.4 Slutet respektive öppet Bergvärmesystem Borrhål Borrhålens antal och djup varierar beroende på objektets värme- och kylbehov samt omgivningens förutsättningar. Oftast ligger borrhålsdjupet inom intervallet meter. Diametern på borrhålet varierar också, men 115mm brukar vara standard. I brunnarna placeras slangar som brukar kallas kollektorrör. Dessa kollektorrör är oftast gjorda av polyeten men andra slangmaterial kan förekomma. Slangbeteckningen kan t.ex. vara PE DN40 PN10, där PE står för polyeten, DN för diameter och PN betecknar högsta tillåtna tryck Borrhålskonfiguration Placeringen av borrhålen kan göras på många olika sätt beroende på syftet med bergvärmeanläggningen. Värmeflödet i ett borrhål påverkar övriga borrhål varför borrhålskonfiguration och avstånd mellan hålen ska väljas med tanke på systemets ändamål. Den vanligaste placeringen är kvadrater eller rektanglar. Oftast vill man ha minsta möjliga termiska påverkan mellan borrhålen. Om borrhålen inte kan spridas tillräckligt kan de gradas, det vill säga borras snett utåt från borrhållskonfigurationen varvid en större bergvolym kan utnyttjas för värmeöverföring. Figur 2.5 Exempel på graderade borrhål 4

11 2.2.4 Brunnsfyllnad Efter installationen av kollektorrören fylls brunnarna vanligtvis med grundvatten eller cement. I vissa fall används andra fyllnadsmaterial. Brunnsfyllnadens syfte är att effektivisera värmeledningen mellan berget och slangen. I Sverige är det mycket ovanligt att man har annat än vatten i borrhålet. I de fall där det är djupt till grundvatten kan man fylla den övre delen av hålet med vatten, för att även kunna nyttja denna del av hålet för värmeöverföring. Vattnets värmeledningstal är ca 100 ggr högre än luftens då påtvingad konvektion sker. I övrigt bortser man från värmeöverföring ovanför grundvattenytan då den är försumbar Återladdning För att inte utarma värmekällan efter stora värmeuttag kan det var aktuellt att återladda källan. Vid återladdning tillför man värmekällan med överskottsenergi från andra källor, exempelvis solenergi på sommaren eller fjärrvärme Värmelagring Idén med värmelagring är att man vid en tidpunkt ska producera värme som sedan ska kunna användas vid ett annat tillfälle. Anledningar till att man ska använda sig av värmelager kan variera men två viktiga anledningar är att man spar billig energi vid en tidpunkt för att sedan använda den vid en annan tidpunkt och utjämning av effekttoppar som i sin tur leder till en jämnare värmeproduktion. Man får även bort det dyra bränslet som används som spetslaster vid utjämningen av effekttopparna. Vid värmelagring pratar man om två olika begrepp, korttidslagring och säsongslagring. Korttidslagring används under ett dygn alternativt delar av dygnet t.ex. vid uppvärmning av pooler. Säsongslagring fungerar genom att man värmer upp en källa under t.ex. sommaren för användning under vintern. Det är inte bara lagringstiden man kan reglera. Man kan även påverka vilken temperatur lagret ska ha. Ett högtemperatur lager, som är ett alternativ, fungerar genom att man direkt tar värmen ifrån lagret. Medan ett lågtemperaturlager används tillsammans med en värmepump eller en spetsvärmekälla som värmer upp vattnet till rätt temperatur. I ett borrhålslager tillförs värme genom att man cirkulerar varmt vatten genom rörsystemet i borrhålen. Därmed värms borrhålet och denna värme leds ut i omgivande berg. Uppvärmningen sker normalt under flera sommarmånader varefter omgivande berggrund har en betydligt högre temperatur än tidigare. Vid värmeuttag återvinner man den lagrade värmen genom att cirkulera kallt vatten genom borrhålens rörsystem. Värme leds då från det omgivande varma berget mot det kallare borrhålet. Därigenom blir det cirkulerande vattnet uppvärmt av berget. 5

12 2.2.7 Återladdning med solfångare Det vanligaste återladdningssystemet är att man kopplar en solfångare till bergvärmepumpsystemet som erbjuder en relativ jämn temperatur för värmepumpen. Dock är det stor variation på hur solfångarna och värmepumpen kopplas ihop. De enklaste systemvarianterna bygger på att solfångarkretsen kopplas till returledningen från värmepumpen vilket gör att solfångarna bidrar till att höja borrhålets temperatur jämfört med system utan solfångare. I de mest avancerade systemförslagen kan solvärmen användas både till tappvarmvatten, husuppvärmning och för att höja temperaturen på värmepumpens förångarsida. En av de enklaste inkopplingar med solfångaren är att koppla den på köldbärarkretsens returledning från värmepump med en backventil mellan anslutningarna. Flödet över solfångaren kommer att styras genom en termostat som startar pumpen när temperaturen i solfångaren överstiger den inställda temperaturen mot köldbärarkretsens temperatur. När värmepumpen sedan hämtar värme till förångaren erhålls en högre temperatur jämfört med system utan solfångare, vilket därmed ger en högre värmefaktor. Denna systemlösning innebär lång drifttid för solfångarna som kan öka berg- eller marktemperaturen. Solvärmen kan tidvis användas för både värme och varmvatten. Det eventuella värmeöverskottet pumpas ner i berget. Om avståndet mellan hålen är alltför stort blir värmelagringseffekten i berget begränsad, dvs. solfångaren förmår endast att höja bergets temperatur någon grad. Är däremot flera borrhål ihopkopplade i ett stort system kan det fungera som ett värmelager. Med rätt borrhålsgeometrier blir värmeförlusten till omgivningen mindre och det blir en större potential att laga värme i berget under sommaren för att ta ut värme på vintern. Figur 2.6 Exempel på solpanelsystem Återladdning med fjärrvärme Då det finns fjärrvärmenät i närheten kan det vara ett bra alternativ att koppla in den på bergvärmen. Med hjälp av en värmeväxlare kommer fjärrvärmen att fungera som en återladdning till bergvärmen. Detta är ett smidigt sätt som varken stör eller syns Vad ska man välja? Då det tar ett par år innan hålen stabiliserar sig kan det vara bra att välja fjärrvärme de första åren för att sedan övergå till solvärme. Detta för att värmeförlusten de första åren är stora innan dem stabiliserar sig och därför krävs det extra mycket energi just då. Skulle man välja att köra med solfångare skulle det krävas en stor mängd paneler och efter ett par år skulle solfångaren vara överdemissionerad. 6

13 Man bör också tänka på om det verkligen finns ett behov av att återladda borrhålen. Hur tätt sitter hålen och hur djupa är dem? Detta är frågor man måste vara medveten om. Är det långt mellan hålen kanske man bara kan återställa ursprunglig temperatur. Tillför man mer värme försvinner värme som förluster. Ett lämpligt värmelager bör dimensioneras så att hålen sitter lagom tätt, för att värmen ska stanna kvar i bergvolymen Vilka är för- och nackdelarna med bergvärme? En fördel med bergvärme är att värmekällan är kostnadsfri samt att driftkostnaderna är låga. En annan fördel med bergvärme är att det inte kräver någon stor tomt/yta till bergvärmen, den har en hög verkningsgrad och lång livslängd. Den långa livslängden beror på att ett borrhåls verkningstid ligger mellan år. Den har även en hög driftsäkerhet. Fastighetens värde ökar även markant när installerad bergvärme finns. Det finns även ett stort utbud på värmepumpar i Sverige då det idag är ganska vanligt med värmepumpinstallation. Dessutom används förnyelsebar energi vilket bidrar till minskad användning av fossila bränslen. Nackdelen är att det är dyrt att borra, med det menas att kostnaden för installationen blir hög. 2.3 Fjärrvärme Fjärrvärme är en miljöanpassad uppvärmningsform där man tar tillvara på energi som annars går förlorad. Till exempel genom spillvärme från industrin, energi ur avfall och rester från skogavverkning. Vid ett värmeverk produceras fjärrvärme genom att vatten värms upp genom att man förbränner bränsle. I ett fjärrvärmenät kan det innehålla flera produktionsanläggningar där den anläggning som klarar produktionen under normala omständigheter kallas för baslastanläggning. Dessa anläggningar använder billiga bränslen av sämre kvalité där avfall är ett sådant exempel. En annan produktionsanläggning som finns inkopplad till fjärrvärme nätet är en spetsanläggning som används när värmebehovet ökar, till exempel under kalla vinterdagar. Vid spetsanläggningar används ett mer lätthanterligt och högvärdigt bränsle där eldningsolja är ett exempel på ett sådant. Det upphettade vattnet transporteras sedan från fjärrvärmecentralen i välisolerade rör till en till en undercentral som finns i varje fastighet. Där finns det en värmeväxlare som utnyttjar det varma vattnet för att värma upp huset och i många fall även dess varmvatten Vilka är för- och nackdelarna med fjärrvärme? För att det ska finnas någon ekonomiskt vinst med fjärrvärme måste det finnas en tätort som gör att det finns någon lönsamhet i det. Bor folket för glest blir kostnaderna alldeles för höga. Installationskostnaden är ganska hög och blir man utsatt för leveranstörningar så kan man inte åtgärda det själv. Man är också beroende av el, när det inträffar ett elavbrott så stannar fjärrvärmecentralen eftersom den kräver el för att kunna ta tillvara på den värme som finns i fjärrvärmenätet. 7

14 Fördelarna är att i de fall som spillvärme från olika industrier används skulle den värmen helt ha gått till spillo om den inte använts för fjärrvärme. Fjärrvärme har även en hög driftsäkerhet. 2.4 Berggrundens förutsättningar Områdets förutsättningar är av stor betydelse för effektiviteten av ett bergvärmesystem. Parametrar som grundvattenströmning, grundvattendjup, jordtäckets tjocklek, värmekapacitet samt värmeledningstal är avgörande för värmeöverföring. Medeltemperaturen nere berget varierar inte över året utan motsvarar ungefär medeltemperaturen över året i luften, samt ett tillägg på 1,5 C för varje 100 dagar med snötäcke. Marktemperaturen ökar dessutom med 1,5-3 C per 100 meters djup. På 100 meters djup är temperaturen här uppe i norr 4 C, (se bilaga 1). Detta ger olika förutsättningar för en bergvärmepump. Värmeledningsförmågan varierar med olika bergarter och mineralsammansättningar. Större delen av Sveriges berggrund består av kristallina bergarter, som har en förhållandevis god värmeledningsförmåga. Medel för Sverige är ca 3,5 W/m,K. Variationer förkommer inom en bergart och för granit används ofta ett medelvärde på 3,4 W/m,K, men detta kan variera från 2,10 till 4,07 W/m,K. Grundvattenrörelser i marken kan leda till att värmetransporten till borrhålet ökar och att borrhålstemperaturen inte sjunker lika mycket under värmeuttag. Möjligheten till grundvattenrörelser är starkt beroende av de lokala hydrogeologiska förhållandena i borrhålets omedelbara närhet. Då kännedom om dessa förhållanden nästan alltid saknas så utförs dimensioneringen under antagandet av att all värmetransport i marken sker genom värmeledning. Dimensioneringen blir i detta avseende konservativ. Eventuella grundvattenrörelser förbättrar systemets prestanda (i vissa fall avsevärt) KV. Näcken För Kv. Näcken gjordes en markundersökning innan hus A påbörjades, det vill säga innan år Denna har vi ej lyckats få tag på, men enligt slutrapporterna från borrningsfirman så är berget av typen normalt berg för området (granit) och man stötte på berg efter 4 meter (se bilaga 2 för mer information). 8

15 3 Energiförbrukning 3.1 Uppvärmning Den totala energiförbrukningen för uppvärmningen av alla fastigheter är framräknat från 2006 års energiförbrukning. Denna förbrukning inkluderar uppvärmningen för hus A och hus C. Jämför man hus A och hus B kommer hus B att innehålla en extra fullt uppvärmd våning (källarvåning) plus en motionshall och bassänghall. Av den anledningen tyckte vi att ett rimligt värde på den kommande förbrukningen bör vara en fördubbling. Det finns även en annan tes som säger att man bör beräkna ca 10 MWh/ lgh / år, vilket gör att man hamnar på liknande förbrukning. Bör även tilläggas att man kan räkna fram energiförbrukningen med hjälp av de förekommande ytorna. Dock med en 300 MWh lägre årsförbrukning(se bilaga 3). Period Värme MWh -06 Värme MWh -08 jan 99,8 199,6 feb 96,4 192,8 mar 99,7 199,4 apr 54,7 109,4 maj 37,4 74,8 jun 13,5 27 jul 10,2 20,4 aug 10,6 21,2 sep 21,3 42,6 okt 71,2 142,4 nov 77,7 155,4 dec 88,9 177,8 Total: 681,4 1362,8 Tabell 3.1 Energiförbrukning månadsvis Energiförbrukning: kwh/ år (A) 9

16 3.2 Varmvattenförbrukning Ett vanligt riktvärde då man vill räkna ut varmvattenförbrukningen är 30% av tappvattenförbrukningen. Efter uppmätning på ett likvärdigt system kunde vi konstatera att varmvattenförbrukningen i detta fall bör ligga på 46 %. Vi räknar även med en värmeförlust på 10%. Period Vattenförbrukning m 3 Kall varm jan ,96 feb ,36 mar ,08 apr ,36 maj ,44 jun ,64 jul ,8 aug ,72 sep ,52 okt ,36 nov dec ,72 Total: ,96 Tabell 3.2 Uppskattad framtida vattenförbrukning Hus A Tappvarmvattenförbrukning: 2726,98 m3 (B) Energiåtgång/ år: ,31 kwh (C) Värmeförlust 10%: ,84 kwh (D) Hus B Tappvarmvattenförbrukning: 2726,98 m3 (E) Energiåtgång/ år: ,31 kwh (F) Värmeförlust 10%: ,84 kwh (G) 10

17 Poolen Poolrummet räknas in i (A). Eftersom att poolen och rummet strävar efter termisk jämvikt räknar vi poolens energiförbrukning utifrån de extra grader man värmer upp vattnet i förhållande till rummets temperatur. Poolens mått: 8 x 4 x 1,4 => 44, 8 m 3 vatten Poolens vattentemp: 25 C Rummets temp: 20 C Drifttid: 52 veckor/ år Temperatursänkning: 1 grad/dygn (vintertid) Uppvärmning & cirkulation: 2,857 kwh / m3/ vecka Avfuktning: 145 kwh / vecka Poolens energiförbrukning: ,7 kwh/år (H) Hus C Tappvarmvattenförbrukning: 400 m3 (I) Energiåtgång: ,00 kwh (J) Värmeförlust 10%: ,00 kwh (K) Total Tappvarmvattenförbrukning: 5920 m3 (L) Energiförbrukning/ år: ,3 kwh (M) Energipris: 60 Öre/ kwh (N) Kostnad/ år kr 11

18 4 Ekonomisk jämförelse mellan ett fjärrvärme- och bergvärmesystem 4.1 Fjärrvärmesystem Beräknas på 2006 års förbrukning. Om E-värde: > 3300=> tariffbet. 3 => => tariffbet. 2 => => tariffbet. 1 => 97853, => tariffbet. 0 => Där E-värdet är debiteringseffekten och beräknas som ett medelvärde av de två senaste årens normalkorrigerad värmeanvändning dividerat med ett kategorital som för fastigheter med fler än 50 lägenheter är 2400 (piteenergi). Rörlig Förbrukning okt-mars (MWh): 1067,4 Förbrukning april-sep (MWh): 295,4 Flödesfaktor: 0,919 okt-mars: april-sep: Kostnad/år: kr kr kr Fast Energiförbrukning/år (KWh) Kategorital 2400 E-värde 568 Kostnad/år kr Total årskostnad kr Kostnad efter 1 år: Kostnad efter 2 år: Kostnad efter 5 år: Kostnad efter 10 år: Kostnad efter 15 år: Kostnad efter 20 år: Kostnad efter 25 år: Kr Kr Kr Kr Kr Kr Kr 12

19 4.2 Bergvärmesystem Givna förutsättningar: 16 borrhål är redan borrade på den aktuella ytan (se figur 4.1). Byggnation av källarplan är i full gång, vilket innebär att inga fler borrhål går att borra på ytan Borrhålskonfiguration Borrhålen: 16 st á 190 meter Placering: enligt figur 4.1 Figur 4.1 Borrhålskonfiguration För att borrhålen ska kunna samverka och kunna betraktas som ett värmelager bör hålen inte borras med ett avstånd på 4-7 meter ifrån varandra. Våra hål är borrade med större avstånd och varje hål bör därför betraktas som ett eget system. Varje borrhål ger då ett räknevärde på ungefär 25 MWh / år inklusive värmepumpens drivenergi. Den vätska som tas ifrån borrhålen får ej understiga -10 C (IVT) av den anledningen att vätskan då blir allt för trögflytande för att systemet ska fungera. 13

20 5 Resultat Energiförbrukning uppvärmning: 1 362,8 Borrhålens utvunna energimängd: 16 x 25 = 400,0 962,8 Figure 5.1 Temperatur i borrhålen med tiden. Enligt resultatet ovan kan borrhålen teoretiskt maximalt täcka 29 % av det totala uppvärmningsbehovet. Man kan även konstatera att borrhålen kommer att bli alldeles för kalla för att driva hela systemet eftersom temperaturen i borrhålen inte bör understiga -10 C. Det vill säga att man blir tvungen att tillföra 962,8 MWh/år i någon annan energiform. Ett återladdningssystem hade varit ett mycket bra alternativ. Men eftersom att borrhålen nu inte är placerade för detta syfte och att energimängden är så pass stor ser vi inget annat alternativ än fjärrvärme. 14

21 6 Nya förutsättningar Av de slutsatser som kunde dras från föregående stycke kommer vi vidare enbart räkna på de 400 MWh/år som är det energibehov som bergvärmesystemet klarar att leverera. Vi kommer använda denna energimängd till uppvärmning och avvakta med energibehovet rörande tappvarmvattnet. Vi kommer att ta fram ett bergvärmesystem anpassat för Kv. Näcken. Vi kommer även att undersöka om solpaneler i framtiden skulle vara ett komplement till fjärrvärmen för att täcka det resterande energibehovet. 7 Dimensionering för Kv. Näckens bergvärmesystem Enligt tabell 7.1 nedan kan man utläsa vilka månaders energibehov som är aktuella att tillgodose. Vi har valt de månader som har högst min.temp. av denna anledningar: Ju kallare det är utomhus desto mer värme måste huset tillföras. Därför blir du tvungen att ta ut mer energi från hålen, vilket gör att du sänker hålens temperatur (tömmer de på energi) betydligt fortare. Månaderna April-Sep uppfyller inte riktigt kvoten 400 MWh, därför kan även 100MWh av oktobers behov tillgodoses MWh Mintemp. Piteå Jan 199,6-10 feb 192,8-23,5 Mar 199,4-22,2 Apr 109,4-9,1 Maj 74,8-0,3 Jun 27 7 Jul 20,4 10,9 Aug 21,2 12,1 Sep 42,6 1,4 Okt 142,4-9 Nov 155,4-13,8 Dec 177,8-11,2 395,4 Tabell 7.1 Tabellen visar vilka månader systemet anpassas för. 15

22 Figur 7.1Temperatur i borrhålen med tiden utan solpaneler. Tabellen visar kostnaden för den fjärrvärme som måste användas för att täcka resterande behov. Period Fjärrvärmetillskott (MWh) Kostnad Jan 199, kr feb 192, kr Mar 199, kr Apr 0 0 kr Maj 0 0 kr Jun 0 0 kr Jul 0 0 kr Aug 0 0 kr Sep 0 0 kr Okt 42, kr Nov 155, kr Dec 177, kr Total: 967, kr Tabell 7.2 Redovisning av fjärrvärmeförbrukningen vid bergvärmesystem 16

23 7.1 Jämförelse mellan fjärrvärmesystem och bergvärmesystem Kostnadsjämförelse Fjärrvärme / Bergvärme kr kr kr kr Kr kr kr Fjärrvärme Bergvärme kr kr 0 kr År Årlig kostnad av fjärrvärme: kr (A) Årlig kostnad av fjärr/ bergvärme: kr (B) Årlig besparing (A-B): kr (C) Investeringskostnad bergvärme: Kr (D) Avbetalat efter (D/C): 2,4 år (E) 17

24 8 Dimensionering för KV. Näckens solvärmesystem med solpaneler 8.1 Användbara ytor Valet av de användbara takytorna görs utifrån vilket vädersträck de är riktad mot. En söderriktad yta uppnår fler soltimmar och högre temperatur än exempelvis en mot norr. Vi har även valt att ta med garageväggen som en användbar yta. Av den anledningen att den har en rak söderriktning och ligger inom ett helt vindstilla område, vilket gör att det mot denna vägg blir väldigt varmt. På grund av att det är parkeringsplatser mot denna vägg har vi valt att börja med panelerna en meter från marken. Figur 8.1 Valda användbara ytor för framtida solpanelsystem. Valda användbara ytor Garagevägg: 168 Vaktm.förråd: 351 Fd. karlssons glas: 330 Bryggeriet: 293 Hus A: 532 Hus B: 532 Total: 2206 m 2 18

25 8.2 Solpanelerna Hur mycket energi som solpanelerna kan utvinna per m 2 bestäms bl.a. av solinstrålningen och antalet soltimmar. För detaljerar uträkning se bilaga Medeltemp. Piteå Soltimmar(SDm) Luleå Jan -2,4 19 feb -8,3 68 Mar -7,1 135 Apr 2,8 193 Maj 10,1 269 Jun 16,2 310 Jul 18,4 301 Aug 18,8 211 Sep 11,8 130 Okt 2,3 80 Nov -0,7 33 Dec -1,0 6 Tabell 8.1 visar medeltemperaturen i Piteå och antalet soltimmar. Av tabellen 8.1 kan man utläsa att antalet soltimmar är som mest mellan månaderna marssep. Därför bör man om möjligt bygga systemet för dessa månader. Period Förbrukning (MWh) Utvunna KWh/m 2 m 2 solpanel Kostnad Jan 199,6 7, kr feb 192,8 27, kr Mar 199,4 54, kr Apr 109,4 77, kr Maj 74,8 107, kr Jun , kr Jul 20,4 119, kr Aug 21,2 84, kr Sep 42,6 52, kr Okt 142,4 31, kr Nov 155,4 12, kr Dec 177,8 2, kr Total: ,0 Tabell 8..2 Visar antal m2 solpanel och dess kostnad som behövs per månad för att täcka upp energibehovet. Av tabellen 8.2 kan man utläsa att den användbara ytan på 2206 m 2 inte skulle täcka hela mars månads behov. Man skulle täcka 60% till en installationskostnad på Kr. 19

26 För att täcka energibehovet för månaderna april- september skulle man bara behöva 1415 m 2 solpanel, vilket skulle ge en installationskostnad på kr. Skillnaden i pris är så pass stor i förhållande till vad man får ut, på grund av låg medeltemperatur, att man endast bör bygga 1415 m 2. Period Täckt förbrukning av solpanel (MWh) Apr 109,4 Maj 74,8 Jun 27,0 Jul 20,4 Aug 21,2 Sep 42,6 Total: 295,4 Tabell 8..3 visar antalet MWh som solpanelsystemet täcker. Period Täckt förbrukning av bergvärme(mwh) Okt 142,4 Nov 155,4 Dec 100,8 Total: 398,6 Tabell 8.4 Visar antalet MWh som bergvärmen täcker. Eftersom att solpanelerna täcker April sep värmeförbrukning väljer vi att köra bergvärmen på okt, nov och 100 MWh av dec. Vi väljer dessa månader och inte jan-mars av den anledningen att okt-dec har varmare medeltemperatur, vilket är bättre för bergvärmesystemet. 20

27 Solvärmen och bergvärmen täcker tillsammans 694MWh/år. Detta ger att man får tillföra = 669,6 MWh fjärrvärme enligt fördelningen i tabell 8.5 Period Fjärrvärmetillskott (MWh) Kostnad Jan 199, kr feb 192, kr Mar 199, kr Apr 0 0 kr Maj 0 0 kr Jun 0 0 kr Jul 0 0 kr Aug 0 0 kr Sep 0 0 kr Okt 0 0 kr Nov 0 0 kr Dec 77, kr Total: 669, kr Tabell 8.5 Fjärrvärmeförbrukning Överskottsvärme Vissa månader kommer solpanelerna att ge ett överskott på värme (se tabell 8.6). Denna värme skulle man kunna tänka sig att använda till uppvärmning av varmvattnet. Men som man kan utläsa ut tabell 8.6 är överskottsvärmen ändå för liten för att täcka det behovet. Därför anser vi att överskottsvärmen gör mer nytta som återladdning av borrhålen. Period m 2 solpanel för återladdning Återladdningsbara MWh Energiförb. V-vatten (MWh) Mars ,41 34,2 Apr 0 0,0 33,3 Maj ,4 29,1 Jun ,3 25,6 Jul ,1 18,6 Aug ,7 28,2 Sep ,9 26,3 Total: ,4 195,3 Tabell 8.6 visar antal återladdningsbara MWh/ mån och varmvatten förbrukningen / mån. 21

28 8.3 Kostnadsjämförelse Kostnadsjämförelse kr kr kr kr kr kr Fjärrvärme Fjärr+ berg Fjärr+ berg+sol kr kr 0 kr Årlig fjärrvärmekostnad: kr Investeringskostnad Årlig besparing Avbet. Efter (år) Bergvärme kr kr 2,4 Bergvärme+ sol kr kr 8,7 22

29 9 Slutsatser/diskussion Att investera i ett bergvärmesystem som bara täcker 29% av energiförbrukningen för uppvärmningen kan i första skedet verka väldigt onödigt. Varför lägga ut så mycket pengar på något som du får ut så lite av, när man skulle kunna lägga ungefär 2.5 ggr mer och då täcka hela förbrukningen. De är klart att investeringskostnaden blir större, kr jämfört med kr. Men avbetalningstiden blir ungefär densamma 2,8 år jämfört med 2,4 år eftersom att den årliga besparingen också ökar från ungefär kr till kr. Det är klart att detta bygger på ett bergvärmesystem med samverkan, återladdning och steglösa pumpar, vilket gör att man då kan tillgodose hela förbrukningen. Men när vi sedan fick höra hur tankegångarna hade gått, att man hade räknat utifrån ett bergvärmesystem för villor, där man inte behöver använda sig av återladdning och där det är viktigt att borrhålen sitter på ett sådant avstånd ifrån varandra så de inte påverkar varandra, fick vi bara gilla läget och göra det bästa av situationen. Detta gör ju att bergvärmen bara blir en komplettering till fjärrvärmen och gör så att man ändå sänker sina fjärrvärmekostnader med ungefär en tredjedel. Men finns det möjlighet att täcka större del av energibehovet? Eftersom att möjligheten att komplettera de befintliga borrhålen med fler är otänkbart av den anledningen att man har byggt 2 våningar av huset på ytan. Man kan inte heller kräma ur borrhålen maximalt, eftersom de ligger på ett sådant avstånd ifrån varandra att ett värmelager med återladdningssystem inte är möjlig. Detta gör att enda sättet att täcka större del av förbrukningen på annat sätt än fjärrvärme anser vi är att använda sig av solvärme och då i form av solpaneler. Men då är ju frågan vill man täcka in 1415m 2 av taket med solpaneler av estetiska skäl? Detta vill å andra sidan täcka upp en tredjedel till av förbrukningen. Men kostnaden för denna investering är också väldigt hög ( kr) och avbetalningen ligger på 8,7 år vilket också är en ganska lång tid med tanke på att vi nu ligger i tiden för en stor framåtmarsch av utveckling, efterfrågan av solenergi vilket kommer inom framtiden leda till lägre kostnader för installation av solpanelsystem. Så vårt tips är att vänta och se för vem vet vad man får för pengarna redan om ett år. 23

30 10 Referenser Intervjuer/Samtal: Eklund, Gunnar. IVT. Tfn Fällgren, Tore. CarlBro Grahn, Tomas. Fastighets AB RAWI. Tfn Hägg, Christer. Norrbottens Bergtjänst AB Nordell, Bo. Professor. Luleå tekniska universitet. Tfn Nyman- Backman, David. PeLator VVS projektering Olsson, Peter. PeLator VVS projektering Wiksten Ulf. Fastighets AB RAWI Tfn Elektroniskt: Aquasol AB URL: ( ) Energiboden AB URL: ( ) EVI HEAT Värmepumpar URL: ( ) Folkpool AB URL: ( ) Husdata.se URL: ( ) NIBE URL: ( ) SMHI URL: ( ) SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut URL: ( ) 24

31 Skriftliga: Burström, Per Gunnar (2001). Byggnadsmaterial, Studentlitteratur, Lund (ISBN ) Nordell, Bo. Söderlund, Monika. (1998) Solvärme och värmelagring 2:a upplagan. Kurskompendium, Luleå tekniska universitet, Institutionen för Samhällsbyggnadsteknik, Avdelning för vattenteknik Kylentreprenörernas Förening, Kyla + värmepumpar, Nr , Sundbyberg Övrigt: Borrhålsberäkningsprogrammet EED 25

32 Bilaga 1: Temperatur i berget på 100 meters djup.

33 Bilaga 2: Slutrapport borrhål

34 Bilaga 3: Framtida energiförbrukningen uträknat med ytberäkning.

35 Bilaga 4: Solenergiuträkning