Nordbygg 2008 Energilager i mark kombinerat med solvärme Göran Hellström Luleå Tekniska k Universitet/Lund i Tekniska k Högskola Sol och värmepump Göran Hellström, Matematisk Fysik, LTH/Förnyelsebar Energi, LTU Elisabeth Kjellsson, Byggnadsfysik, LTH Bengt Perers, Energi och Byggnadsdesign, LTH 1
Solfångare och markvärmepumpar Stort intresse för markvärmepumpar Omkring 40 000 nya installationer per år Ökande intresse för solvärme Omkring 20 000 m 2 installerat per år (glasade) Effektiv styrning Höjt pris på energi 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 Accumulerat Fram fram till 1985 till 1985 1985 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 Källa: SEAS Solvärme Takintegrerade solfångare, Anneberg, Danderyd 2
Solvärme Oglasad solfångare, polyetenslang diameter 40mm Absorberad energimängd 2006 1700 kwh/m 2 (svart yta) Solfångartyper oglasade, plana, vacuumrör rad Verkningsg 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Vacuum Plana Oglasade 0 20 40 60 80 100 120 140 Temperaturskillnad solfångare - omgivning ( C) 3
System med olika möjligheter Tappvarmvatten Uppvärmning Höjning av köldbärartemperaturen till förångaren med solvärme Solvärmeladdning av borrhål Faktorer av vikt i systemet Utetemperatur Värmebehov Varmvattenbehov Värmepump storlek Borrhålets djup* Borrhålsvärmeväxlare Solfångartypg Solfångararea Cirkulationspumpar Flöden System Styrstrategi Systemstorlek 4
Tidigare resultat i Sverige Sverige 1984-1985 14 installationer med återladdning med oglasade solfångare eller luftkonvektorer Borrhålstemperatur ökade med 2 C Ökad värmefaktor för värmepumpen Ökad elanvändning för cirkulationspumpar Billigare att uppnå samma borrhålstemperatur med djupare borrhål Frågeställningar Positiva tillskott med solvärme Hur mycket el kan ersättas? Högre temperatur i borrhålet Underdimensionerat borrhål eller grannpåverkan Minskad elanvändning Ökad d elförbrukning pumpar, systemverkningsgrad Är det lönsamt? 5
Vad är intressant? Olika solfångartyper (oglasade resp glasade) Olika driftfall (sol till tappvarmvatten, sol till återladdning, sol till korttids/brinetank) Systembalans (underdimensionerat borrhål resp värmepump) Systemstorlek (många borrhål) System - driftfall Varmvatten Kallvatten VXS Ps Pv VX2 VX1 Pb E V K D Radiatorkrets Solvärme till tappvarmvatten 6
System - driftfall Varmvatten Varmvatten Kallvatten Kallvatten VXS VXS Ps Ps Pv Pv VX2 VX1 VX2 VX1 Pb Pb E V K D Radiatorkrets E V K D Radiatorkrets Solvärme till förångaren Solvärme till att ladda berget Systemsimuleringar med TRNSYS Program TRNSYS 16 Nu finns uppbyggt system med möjlighet att variera många parametrar tid, plats, komponenter, systemstorlek, system 7
Utvärdering olika jämförelser Temperatur från borrhål till förångare (när värmepumpen är i drift) Värmepumpens värmefaktor COP (levererad värme från värmepumpen dividerat med använd el i värmepumpen) Systemvärmefaktor SPF (summa använd värme dividerat med total elanvändning) Elbesparing (summa använd värme minus elanvändning) Termisk influens utan solvärme 9 1 m 2 m 10 m 20 m 8 Temperatur ( C 7 6 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 År 8
Borrhålstemperatur till förångare utan sol, solladdning till borrhål resp sol till tappvarmvatten (månadsvis under 3 år) Tem peratur till förångaren 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00-1.00-2.00-3.00-4.00 Jan Apr Jul Oct Jan Apr Jul Oct Jan Apr Jul Oct Solladdning Soltapp Ingen sol Underdimensionerat fall: 5 m 2 solfångare, 80 m borrhål, 7 kw värmepump, 25 000 kwh/år värmebehov Månadsvis värmeuttag från borrhål med resp utan solvärmeladdning (kwh/månad) 1000.00 500.00 0.00-500.00-1000.00-1500.00 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Markvärme ej sol Markvärme med solladdning Solvärme -2000.00-2500.00-3000.00 Ref.fall: 5 m 2 solfångare, 140 m borrhål, 7 kw värmepump, 25 000 kwh/år värmebehov 9
Exempel på årsvärmefaktor (COP) för värmepumpen med resp utan solvärmeladdning av borrhålet vid olika borrhålsdjup 3.55 3.50 COP Värmefaktor 3.45 3.40 3.35 3.30 3.25 3.20 3.15 60 80 100 140 180 Utan sol Solladdning Exempel på elbesparing månadsvis för system med solvärme (5 m 2 glasade solfångare) till tappvarmvatten vid 100 m borrhålsdjup 160.0 140.0 120.0 kwh/månad 100.0 80.0 60.0 40.0 20.00 0.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Soltapp Elbesparing (exkl pumpel) jämfört med system utan solvärme 10
Preliminära resultat Glasade solfångare mot tappvarmvatten, mest elbesparing Glasade solfångare mot borrhål höjer temperaturen, ger elbesparing vid underdimensionerade system Oglasade solfångare mellan borrhål och värmepump endast vid underdimensionerade system Oglasade solfångare mot brinetank kan ge positivt resultat men tveksam lönsamhet, stor brinetank >1m 3 Oglasad solfångare mellan värmepump och borrhål, (lägsta temp) mycket pumpenergi Stora system många borrhål (>100 st) bra för återladdning Mer resultat kommer Slutsatser Solvärme ger bäst tillskott vid underdimensionerade system, både beträffande borrhål resp värmepump (när tillskottsel ersätts) Solvärmeladdning höjer temperaturen i kalla borrhål, t.ex. vid grannpåverkan Solvärmeladdning av borrhål blir mycket effektivare med ökat antal borrhål i systemet bör undersökas mera El till pumpar kan överstiga nyttan av solvärmeladdning Svårt med generella resultat Noggrann dimensionering av system är viktigt! 11
Rapport från 2004: Solvärme i bostäder med analys av kombinationen solfångare och bergvärmepump Elisabeth Kjellsson, Rapport TVBH 3047, Byggnadsfysik, LTH Finns att beställa eller ladda ner i pdf.format från: www.byfy.lth.se/publikationer/3000.html blik i /3000 h l Ny rapport på gång under året Bergvärme och bergkyla Ökat intresse för stora system som kräver många borrhål 12
Kv. Julgröten, Älvsjö Utan sol: - 19 borrhål á 230 m -> KBmin -6,5 C - 17 borrhål á 300 m -> KBmin -3 C Med sol: - 12 borrhål á 300 m -> KBmin -3 C Bergvärme kombinerat med solvärme Projekt Lulevärme, Luleå Högtemperaturlagring av spillvärme i borrhålslager 13
Projekt Lulevärme Säsongslagring av spillvärme Sommar: Lagring av spillvärme från SSAB Lagrad energi: ca 2000 MWh (maximum temp 82 C) Vinter: Universitsbyggnad uppvärmd utan värmepump Uttagen energi: 1000-1200 MWh Drift 1983-1989 Projekt Lulevärme Samlingsrör och kulvert 14
Projekt Lulevärme 120 borrhål djup 65 m Projekt Lulevärme Uppmätt temperatur i lagrets mittpunkt 15
Projekt Lulevärme Uppskattad marktemperatur Projekt Anneberg, Danderyd Säsongslagring av solvärme 16
Projekt Anneberg, Danderyd Säsongslagring av solvärme 50 enfamiljshus Sommar: Lagring av överskott i borrhålsvämelager Vinter: Uppvärmning via golvvärme utan värmepump 100 borrhål till 65 meters djup Drift från Mars 2002 Solfraktion 70 % av total enerilast Projekt Anneberg, Danderyd Storage perform ance 250 75 200 60 Heat [MWh/month] 150 100 50 45 30 15 Temp. [ C] 0 J F M A M J J A S O N D 0 Coll. Gain To coll. Temp. Storage losses Storage temp. Temperaturer i solfångare och borrhålslager 17
Därlingen, Schweiz Solvärme från asfalterade ytor Därlingen, Schweiz I drift sedan 1997 Sommar: värme från brodäck lagras i borrhålslager Vinter: värme från borrhålslager håller vägen isfri 18
Framtid? Gruppbebyggelse Solvärme Värmepump Borrhålslager Anneberg, solfångare och borrhålslager Kungsbacka, Eksta bostadsbolag 19