Byggnadsstyrelsens informationer T: 156 1993-09 FJÖ rrkyla
Dokumentets utgivare Dokumentets datum BYGGNADSSTYRELSEN 1993-09 Projektnarm (ev. förkortat) Fjärrkyls Projektledare, upphovsman (män), konsult(er), etc. Svante Nilsson, Tekniska enheten Vvs-sektionen Dokumentnamn och dokumentbeteckning Byggnadsstyrelsensinformationer T: 156 Uppdragsgivare Byggnadsstyrelsen Lennart Kolte, teknisk direktör Anders Rydåker Fjärrvärmebyrån Dokumentets titel Fjärrkyla Huvudinnehåll Denna informationsskrift redovisar översiktligt fjärrkylans för- och nackdelar, utformning av kundanläggningar, miljöaspekter samt kostnader kontra egen kylproduktion. Nyck ord Kyla, luftkonditionering, köldmedier Fårsåljningsstållen KBS, publikationsförrådet 08-7831153 Omfång Svensk byggtjänst, Stockholm 08-734 50 00 8 Göteborg 031-81 00 85 Malmö 040-709 55 Umeå 090-12 59 10 ISSN Redaktör Referens Byggnadsstyrelsen 1993 Svante Nilsson, KBS Tv Postadress Besöksadress Godsadress Telefon Telex Byggnadsstyrelsen Karlavägen 100 Banergatan 30 08-7831000 10446 build S 10643 STOCKHOLM Telefax 08-7831180
Fjärrkyla -nytt alternat iv till egenpro ducera d ky la. 1 Flera av de svenska energiverken erbjuder nu en ny produkt till fastighetsägare och industrier, den ny produkten är Fjärrkyla. Med fjärrkyla avses centralt producerad kylenergi, som via ett slutet distributionsnät levererar kallt vatten till kunderna. Fjärrkyla påminner mycket i sin uppbyggnad om den sedan länge etablerade energiprodukten fjärrvärme. Hos kunderna, ersätter fjärrkylan egen producerad kyla med kylmaskiner för luftkonditioneringsanläggningar, processer m.m. Fjärrkyla lämpar sig i första hand för byggnader med stora kylbehov såsom kontor, industrier, sjukhus, affärsfastigheter och övriga kommersiella byggnader. Energiverkens erbjudande om leverans av fjärrkyla kommer troligen att begränsa sig till de områden där hög kylbehovstäthet föreligger. Skälet är de förhållandevis stora investeringar som behöver göras i distributionsnäten. Denna informationsskrift innehåller en översikt av potentialen för fjärrkyla samt marknaden i Sverige. Vidare förklaras utformningen av kundanläggningar, miljöaspekterna, kostnader vid fjärrkyla kontra egen kylproduktion. Rapporten avslutas med information angående fjärrkylproduktion och distribution. Fjärrkylans fördelar kan sammanfattas enligt följande: BEKVÄMT Inget behov av egna kylmaskiner Ingen hantering eller rapportering av miljöskakliga köldmedier EKONOMISKT Lägre investering än vid nyinstallation Låga energikostnader Litet underhåll MILJÖ VÄNLIGT Minskat behov av miljöskadliga köldmedier Mindre köldmedieläckage Effektivare energianvändning
2 FJY LA I SVERIGE Fjärrkyla är i dag mest utvecklad och förekommande i länder såsom USA, Kanada och Japan. Aven om det svenska klimatet skiljer sig en del från de områden där fjärrkyla är mest utbredd finns en rad faktorer som är unika för Sverige och talar för en satsning på fjärrkyla i Sverige. Många energibolag har investerat i stora värmepumpar för produktion av fjärrvärme. Därmed har man också skaffat sig en produktionsanläggning för fjärrkyla vilket beskrivs mer ingående i kapitel "Fjärrkylproduktion". De nya byggnormerna med olika former av värmeåtervinning, effektiv isolering samt stora inglasade gårdar har medfört ett ökat behov av kyla under stor del av året. Större krav på komfort och tilltagande datorisering av kontor har medfört ett ökat behov av kyla. Den största potentialen för fjärrkyla utgörs av de områden som har hög affärs- och kontorstäthet. Dessa områden lämpar sig mycket väl för fjärrkyla då luftkonditioneringsanläggningar dominerar kylbehovet. Luftkonditioneringsanläggningar har beroende på installerat system temperaturkrav på framledningen som vanligen varierar från 7 C till kylbatterier till 15 C för kylbafflar (kylkonvektorer). Det är också möjligt att ansluta kyl- och frysanläggningar men de kan ej helt ersättas med fjärrkyla då dessa kräver en lägre temperatur än vad som kan levereras från ett fjärrkylnät. Fjärrkylan kan i dessa fall användas för kylning av kylmaskinernas kondensorer och därigenom ersätta behovet av kylmediekylare eller kyltorn. Enligt schablonvärden uppgår det genomsnittliga kyleffektbehovet till 40 W/m2-60W/m2.1 detta fall avser schablonvärden fastigheter belägna i mellansverige. Naturligtvis finns avvikelser från dessa schablonvärden beroende på lokalernas användningsområde, fönsterytor, fastigheternas placering etc. Allmänt gäller dock att isoleringsåtgärder, den ökade datoriseringen och ökat krav på komfort har medfört ett större-kylbehov. Fjärrkylsystem kommer, som tidigare nämnts, att vara begränsade till delar av tätorter som har hög kyltäthet dvs kontor, kommersiella fastigheter och där processkylbehov föreligger. Västerås installerade fjärrkyla som Sveriges första stad. Anläggningen togs i drift under vårenlsommaren 1992 och har nu varit i drift i c:a ett år. Projektet har både tekniskt- och kommersiellt uppfyllt förväntningarna. Av potentiella tätorter som lämpar sig för fjärrkyla pågår utrednings-, marknadsförings- och i vissa fall projekteringsarbete på följande orter: Stockholm, Solna/Sundbyberg, Södertälje, Eskilstuna, Örebro, Uppsala, Norrköping, Upplands Väsby, Gävle, Göteborg, Borås, Malmö samt Ostersund.
3 KUNDANLÄGG N INGAR Fjärrkylsystemen är i princip uppbyggda som fjärrvärmesystemen, men med den skillnaden att man eftersträvar direkt anslutning av kundernas interna system där detta är möjligt. Ett tungt vägande skäl för detta är att man vill undvika att försämra den redan låga temperaturdifferensen mellan fram och returledning (at=10-12 C). Genom att ansluta -direkt, dvs undvika växling mot kundernas interna system, undvikes temperaturförluster som inträffar i samband med växling. Behovet av att växla det primära distributionsnätet från kundernas interna system är inte lika stort som i fjärrvärmesammanhang. Riskerna är mindre för såväl person- som egendomsskador. Temperaturen på eventuellt utläckande vatten utgör ingen skållningsrisk och kylsystemet kan i stort sett jämföras med distribution av vanligt stadsvatten. Indirekt anslutning dvs avväxling bör genomföras endast där direktanslutning ej är möjlig till exempel på grund av anslutna fastigheters höjd. Kundernas interna system är normalt dimensionerade för 15 C framledningstemperatur och 18 C returtemperatur för kylbafflar (kylkonvektorer) samt 7 C respektive 12 C för kylbatterier. Nyare installationer dimensioneras ofta för 14 C returtemperatur från kylbatterierna. Inkopplingen av kunden sker vanligen där den lokala kylmaskinen är placerad eller planeras att placeras. Det interna kylsystemet i fastigheten påverkas vanligtvis endast i liten omfattning. En av de få åtgärder som ibland behöver utföras är att trevägsventiler vid kylbatterierna måste bytas mot tvåvägsventiler. Funktionen av en tvåvägsventil kan oftast erhållas genom att befintlig trevägsventil pluggas. Beträffande leveransgräns av fjärrkylan varierar detta från energiverk till energiverk. Två huvudprinciper kan dock urskiljas, leverans till ventiler innanför vägg eller leverans fram till befintlig (a) kylmaskin (er) inklusive erforderlig styrutrustning och mätning. Utrustningen i kundens central innehåller i stort sett samma utrustning som för fjärrvärme dvs avstängningsventiler, energi eller flödesmätare, reglerventil och filter. Fjärrkyla medför följande för- och nackdelar för kunden: Nackdelar: - Yttre störningar vid schaktarbete för installation Bunden av långa kontrakt Fördelarna: Inget, behov av egna kylmaskiner Minimalt underhåll, mindre personalinsatser Hög driftsäkerhet Låg investering Reducerade drift- och underhållskostnader Låga energikostnader Inga bullerproblem Besparing av lokalyta Inga lokala kyltorn eller kylmediakylare Miljöfördelar, se kapitel "Miljö"
MILJ Ö Under 1980-talet ökade miljömedvetandet med debatter om ozonskiktet och växthuseffekten. Detta kom i hög grad att påverka kylbranchen. Kraven på ökad säkerhet skärptes för att minimera utsläppen av de miljöskadliga köldmedierna. Som ett resultat av detta har den totala köldmedieanvändningen minskat med 20% under de senaste tre åren. Det beror dels på förändrad systemteknik, och dels på minskat läckage i redan befintliga anläggningar. I kylmaskiner används främst köldmedierna CFC-11 (R11), CFC-12 (R12), HCFC-22 (R22) samt CFC-500 (R500). Dessa går samtliga under samlingsnamnet freoner. Det har dock på senare tid visat sig att de klorfluorbaserade köldmedierna är aggressiva mot ozonskiktet, samt bidrar till en negativ klimatpåverkan genom en mycket hög växthuseffekt. Nedanstående tabell visar köldmediernas påverkan på ozonskikt respektive växthuseffekt relativt CFC-11 (R11). Köldmedium Ozon åverkan Växthuseffekt CFC-11 1,0 1,0 CFC-12 1,0 2,8-3,4 CFC-500 0,75 3,4-4,9 HCFC-22 0,04-0,06 0,32-0,37 HFC-134a 0 0,24-0,29 HFC-152a 0 0,026-0,033 Ammoniak 0 0 Miljöpåverkan från köldmedier. Följande svenska förskrifter föreligger för köldmedieanvändning: Förbud mot nyinstallation av anläggningar med CFC (däribland CFC-12) gäller från 1 januari 1995. Den svenska CFC användningen skall ha minskat med 50% den 1 januari 1991. Ytterligare 25 % reduktion till den 1 januari 1993. Reduktionstalen är baserade på 1986 års förbrukade mängd. (Avser inhemsk användning). Användningen av HCFC-22 kommer från och med 1 januari 1994 att endast vara tillåten som köldmedium och som isolergas i skumplast. Vid stationära anläggningar med ett större innehåll av CFC och HCFC köldmedier än 200 kg skall daglig tillsyn ske med certifierad kompetens. Detta gäller från 1 januari 1993 med 6 månaders övergångsperiod. Atgärden leder till betydligt högre kostnader för ägare till lokala kylanläggningar.
5 Ytterligare planerade åtgärder för CFC samt HCFC reducering Användningen av HCFC kommer att begränsas. Byte från CFC-12 till HCFC-22 kan eventuellt vara en tillfällig lösning. Några konkreta överenskommelser har ej gjorts men signaler från Svenska Naturvårdsverket tyder på att HCFC-22 bara är acceptabelt på kort sikt. Man bör räkna med att detta köldmedium kommer att avvecklas helt. I Tyskland råder användningsförbud av HCFC-22 i nya anläggningar från och med år 2000. Ett projekteringsförbud mot nya anläggningar utrustade med HCFC-22 gäller från 1998. Med tanke på Tysklands inflytande när det gäller normering i industrisammanhang är ' sannolikheten stor att övriga EG-länder ansluter sig till dagens långtgående tyska miljölagar. Svenska Naturvårdsverket föreslår från och med 1995 en avgift på 300 kronor per kilo inköpt HCFC när det används som köldmedium. Kylanläggningar som innehåller CFC skall enligt Svenska. Naturvårdsverkets förslag avgiftsbeläggas med 600 kronor per kilo CFC. Resultat vid införande av Fjärrkyla blir följande: Inga köldmedier i kundanläggningarna Färre källor till köldmedieläckage Effektivare energianvändning EK ONOMI De flesta energiverken erbjuder fjärrkyla till ett fastställt kylenergipris men med anslutnings Och effektavgifter som varierar beroende på kostnad att ansluta kunden och kundens alternativ. Bedömningen om fjärrkyla är en bra affär eller ej för kunden beror mycket på kundens specifika situation. Det är viktigt att försöka få en uppfattning av vad de olika alternativen innebär för den framtida kostnaden av kylenergi. Nedan ges en lista på vad som bör beaktas vid jämförelsen fjärrkyla egen kylproduktion: Kostnader vid fjärrkylinstallation 1. Investeringskostnader Reglerutrustning Ventiler Rörinstallation Projektering 2. Kostnader för skötsel och underhåll Serviceavtal
6 Kostnader vid installation av egen lokal kylproduktion 1. Investeringskostnader Vätskekylaggregat Kylmediakylare Kylmediapumpar Rör, ventiler Kylmediakrets, rörinstallation Apparatskåp/elinstallation Kraftförsörjning Meryta maskinrum Takyta kylmediakylare Ventilation av maskinrum Projektering 2. Kostnader för skötsel och underhåll Egen personal Oversyn reglerutrustning Licensierad serviceman Oversyn kompressor Översyn köldmediakylare Freonhantering, påfyllning och läcksökning Glykolpåfyllning Smörjmedel Reservdelar Freonrapportering Att göra en absolut rättvisande kostnadsbedömning med utgångspunkt från nämnda punkter är inte alltid lätt. Miljöaspekter och osäkerhet om framtida miljöpålagor bör vägas in i den slutliga bedömningen av den totala nyttan med fjärrkyla. Energiverkens taxor reflekterar den verkliga kostnaden för kylenergileverans dvs. det är den kontrakterande kyleffekten som är den normalt dominerande årskostnaden medan kylenergikostnaden är relativt låg. Detta beror på att fjärrkyla liksom produktion av egen kyla kräver relativt stora investeringar initialt, medan däremot energikostnaderna är låga. Taxorna är mestadels uppbyggda med en anslutnings-, effekt och energiavgift. Kapitalkostnaden på anslutningsavgiften och effektavgiften utgör normalt 70-80 % av totala årskostnaden för kylleveransen. Vad kostar då fjärrkyla? Kostnaden per förbrukad kwh kyla är helt beroende på hur mycket kylenergi som förbrukas i förhållande till abonnerad effekt. Ett vanligen använt mått på förbrukad årsenergi i mellansverige är 1000 timmar utnyttjningstid dvs energileverans motsvarande 1000 timmars fullt effektuttag. Baserat på 1000 timmars utnyttjningstid varierar energipriserna för fjärrkyla normalt mellan 40-90 öre per kwh beroende på storlek på abonnemang och stad. Priset är beräknat med tanke på kapitalkostnad för anslutningavgift, årsavgift och rörliga kostnader men exklusive moms. Egen kylanläggning kostar mellan 30-120 öre/kwh vid motsvarande förutsättningar. Det stora kostnadsspannet beror i huvudsak på om anläggningen är ny eller gammal, stor eller liten.
7 FJÄRRKYLPRODUKTION Fjärrkylproduktion i befintliga värmepumpanläggningar Vid produktion av värme i stora värmepumpar för fjärrvärmeändamål erhålls förutom nämnda värme även överskottskyla. Värmepumpen hämtar del av sin energi från renat avloppssvatten eller sjövatten. Till detta tillförs el och värme erhålls. Det renade avloppsvattnet / sjövattnet lämnar sedan värmepumpen, efter att energi uttagits, vid en låg temperatur. Denna överskottskyla som härvid produceras tas ej tillvara utan släpps i dagsläget oftast ut i närmaste recipient. Vid normal fjärrvärmeproduktion med värmepump medför 1 del elenergi plus 2 delar avloppsvattenlsjövatten att 3 delar värmeenergi erhålls. Förhållandet mellan erhållen nyttig energi och tillförd primärenergi uppgår till 3. Kombinerad värme- och fjärrkylproduktion med värmepump innebär att från 1 del elenergi plus 2 delar avloppsvatten/ sjövatten erhålls 3 delar värmeenergi samt 2 delar kylenergi. Förhållandet mellan erhållen nyttig energi och tillförd primärenergi uppgår till 5. Se figur 1. Detta skall jämföras med lokal kylproduktion som normalt har enkylfaktor på ca 3. 2 delar fjänkyla AVLOPPSVATTEN SJÖVATTEN ETC 3 delar fjärrvärme 1 del elenergi Figur 1. Kombinerad värme- och kylproduktion. Fjärrkylproduktion i stor kylmaskin i kombination med frikyla Fjärrkyla produceras centralt med stora kylmaskiner.. Kombinationen värme- och kylproduktion föreligger ej. Kylmaskinen placeras helst vid något vattendrag där kondensorvärme kan dumpas så att kallt å eller sjö vatten kan utgöra frikyla under vinterhalvåret. Förhållandet mellan erhållen kylenergi och tillförd primärenergi, kallad kylfaktor, kan uppgå ända till 5 vid installation av nya stora kylmaskiner. Frikyla Kallt bottenvatten från sjö, vattendrag utnyttjas som fjärrkyla. Eftersom kylan ej behöver produceras kallas detta frikyla. Oavsett metoder enligt ovan beskrivna växlas erhållen kyla mot en värmeväxlare till ett separat fjärrkylsystem.
S FJÄRRKYL DIST RI BUTION Distribution av det kylda vattnet sker med fördel i oisolerade rör i mark. Energiförlusterna blir relativt små på grund av att temperaturskillnaden mellan vattnet i rören och omkringliggande mark är liten. I vissa fall kan det vara lönsamt att ha någon typ av isolering för att förhindra energitransport från retur- till framledning. De större huvudledningarna behöver ej förläggas på frostfritt djup utan förläggs normalt med 1-1,2 meters täckning: Anledningen att ledningarna kan förläggas inom normalt tjäldjup är att man projekterar nätet så att viss cirkulation av vattnet alltid sker. Mindre ledningar, mestadels servisledningar, måste dock förläggas på frostfritt djup eller skyddas mot kyla på annat sätt. Variationen på typ av rör som kan användas för fjärrkyla är mycket stor och påminner mycket om det som används inom VA-tekniken. Rör av stål, plast, glasfiber och segjärn är alla tänkbara och slutgiltigt val är beroende på de specifika omständigheterna på platsen.
á
Byggnadsstyrelsens informationer T: 156 1993-09 Ch J.S BYGGNADSSTYRELSEN Fjärrkyla är framtagen vid Tekniska enheten vid Byggnadsstyrelsen Upplysningar om Byggnadsstyrelsens publikationer lämnas och ingår i skriftserien "Byggnadsstyrelsens publikationer". av informationssektionens biblioteks- och dokumentationsservice, Redigering och layout: Informationssektionen, Byggnadsstyrelsen. tel 08-783 13 71. Upplaga: 700 ex Byggnadsstyrelsens publikationer kan beställas från kontorsservice/publikationsförrådet, tel 08-783 11 53. Tryckeri: Garnisonstryckeriet, Stockholm, september 1993 Adress: Byggnadsstyrelsen, 106 43 Stockholm