Förstudie: BESKRIVNING AV UPPVÄRMNINGSSYSTEM MED SOLFÅNGARE OCH VÄRMEPUMP FÖR OMRÅDET ANNEBERG I DANDERYDS KOMMUN



Relevanta dokument
Energilager i mark kombinerat med solvärme

Bergvärme rme och bergkyla kan man lagra solvärme till sin villa?

SOLVÄRME Spara energi och miljö med solvärme

Energiförsörjning Storsjö Strand

Solenergi. framtidens energikälla är här - och har varit här ett tag

Fakta om värmepumpar och anläggningar. Luft

Fakta om värmepumpar och anläggningar

Värmepumpar av. Joakim Isaksson, Tomas Svensson. Beta-verision, det kommer att se betydligt trevligare ut på hemsidan...

Solenergi som framtiden älskar.

Sol och frånluft värmer Promenaden

Användarhandledning ver Energiberäkningar 1.0 Beta. Rolf Löfbom.

Oilon Geocube, MH, GT, SH och RE

Vår främsta energikälla.

Var lyser solen bäst?

Fläktkonvektorer. 2 års. vattenburna. Art.nr: , , PRODUKTBLAD. garanti. Kostnadseffektiva produkter för maximal besparing!

Optimering av el- och uppvärmningssystem i en villa

Made in Sweden. Solvärme i kombination med fjärrvärme

Ackumulatortankar. Får värmen att räcka längre

SOLVÄRMESYSTEM SMÅHUS

Stångby Stångbypark Bostadsrättsförening

Ackumulatortank Slingtank Varmvattenberedare Utjämningstank Varmvattensystem vv3- vv200

SPARGUIDE. för bostadsbolagens uppvärmning

Solel och solvärme i villan. Lisa Ossman, SP Energiteknik

Värmepumpens verkningsgrad

Asfaltsytor som solfångare

Frågor och svar, Sanyo CO2.

PM SYSTEMBESKRIVNING OCH LCC-BERÄKNING

Är bergvärme något för mig? Det här behöver du veta innan du bestämmer dig.

Fungerar solvärme i Sverige?

Bergvärme & Jordvärme. Isac Lidman, EE1b Kaplanskolan, Skellefteå

Värmepumpar och solfångare

Solenergi. en del av framtiden! Sol & Energiteknik ingår i NIBE-koncernen

Framtidens. ergvärmepump DAIKIN ALTHERMA VÄRMEPUMP FÖR BERGVÄRME

Solenergi Lösningar för solvärme och solel med paneler som lämpar sig för alla typer av tak. Ditt tak kan betala en del av din elräkning!

DHP-L 4 DHP-L 6 DHP-L 8 DHP-L 10 DHP-L 12 DHP-L

Fältmätningar för att demonstrera ny teknik för värmepumpssystem

IVT 633. Frånluftsvärmepump med inbyggd fjärrvärmeväxlare

Octopus för en hållbar framtid

IVT 490, IVT 495 TWIN

Välj installatör/säljare med omsorg. Inhämta alltid offert från flera företag. Kontrollera att företaget har ansvarsförsäkring.

Lämpöässä Vm allt du behöver. Vm 6.0 Vm 9.0 Vm 11.0 Vm 14.0 Vm 17.0

Bättre ekonomi och miljösamvete med våra energismarta värme- och ventilationssystem

Halvera Mera med Climate Solutions Energieffektiv Värme och Kyla

Föreningen som varje år sparar. 1,3 miljoner kr. med gratis luft! Erfarenheter av en högeffektiv luft/vattenvärmepump i Oskarshamn

Uppvärmning av flerbostadshus

AKVA-standardtank. AKVASAN-tank för installation i efterhand

innehållsförteckning:

Byggnadens material som en del av de tekniska systemen Bengt-Göran Karsson, Sweco AB

ÅTGÄRDSRAPPORT. Energideklaration villa. Fastighetsbeteckning Uppsala Storvreta 47:112. Byggnadens adress Lingonvägen 5.

Jämförelse av Solhybrider

Värmelagring. Delrapport i projektet Energiomställning för lokal ekonomisk utveckling. Hassan Salman, EKS Consulting

FÖRSTUDIE OCH UTREDNING AV MÖJLIGHETERNA ATT ANVÄNDA SEDIMENT- ELLER BERGVÄRME FÖR LÅGENERGINÄT I LEPPLAX, PEDERSÖRE.

värmepumpar och anläggningar Värmepumpen, en miljövänlig, ekonomisk och energi besparande uppvärmningsteknik

Statsagronom Gösta Gustafsson, Lantbrukets Byggnadsteknik (LBT), SLU, Alnarp

Energioptimering av kommersiell byggnad

ENERGILAGER IN-A-BOX. Backavallen

Ariterm Solsystem. Sänk uppvärmningskostnaden. Ariterm integrerade pellets/solsystem 75%

Kopplingsprinciper för anslutning av värmepump mot fjärrvärmecentral

hemma hos uppvärmningssystem som kombinerar bergvärme med solfångare och därför ger en nära nog försumbar elräkning.

IVT 495 TWIN. Värmepumpen som ger dubbel effekt med frånluft och jordvärme

Värmepumpar Bergvärme Frånluft. Sänk. energikostnaden. Det värmer. Det perfekta inomhusklimatet till ditt hus.

SERC. Solfångare och värmepump: Marknadsöversikt och preliminära simuleringsresultat. Rainer Tepe och Mats Rönnelid

Elda inte för kråkorna!

Administrativa uppgifter

Bättre ekonomi och miljösamvete med våra energismarta värme- och ventilationssystem

Optimering av värmepumpsanläggning kompletterad med solfångare

Solenergi - Ett lysande energialternativ

Välja nytt värmesystem Det är inte enkelt att välja nytt värmesystem. Det finns många alternativ att välja på och det är osäkert hur höga de framtida

Kurspaketet Värmesystem

Flexibla villavärmesystem -Ackumulatortankar och systemteknik

Hjärtat i ett intelligent värmesystem

Thermia Diplomat Optimum G3 det bästa valet för svenska villaägare.

IVT Nordic Inverter 12 KHR-N

Varför värma ditt hus med annat än solen?

Värmepumpsystem för NNE enfamiljshus och flerfamiljshus. Martin Persson SP

Solvärmesystem. Upptäck vårt eget solsystem

Aquasol Solvärmesystem Paketlösningar

VAKUUMRÖRSOLFÅNGARE DRC 10

Förstudie Solceller på villa

Bostadsrättsföreningen HJÄLMAREN-SKÖNTORP

Allmänt om projektering

NIBE AHP/AHPS/AHPH Ackumulatortank

Notera att det är viktigt att ha säkerhetsmarginal i energiberäkningsresultaten för att täcka in eventuella variationer i utförandet.

SERC. Solvärme och värmepump. Utvärdering av ett värmesystem i Uppsala. Mats Rönnelid Rainer Tepe. Inst. För matematik naturvetenskap och teknik

Sol och bergvärme ger Liseberg egen uppvärmning

Sebastian Häggström, EE1c, El- och Energiprogrammet, Kaplanskolan, Skellefteå.

Säsongslagring av energi

Bra att veta innan du skaffar värmepump! Ingen kan mer om värme än vi

Specialister på solvärme och flexibla värmesystem

Octopus för en hållbar framtid

AB Svenskt Klimatneutralt Boende

Konvertering till bergeller

OPTIHEAT. Vattenburen golvvärme. Så här monterar du OPTIHEAT. Inte som alla andra -enklare, snålare, genialisk!

PROBLEM: Det kan vara svårt att veta. av varmvatten. solutions for flow technology

IVT Solvärme. Kompletta solenergisystem för hus och fastigheter.

Bergvärme rme och bergkyla

ÅTGÄRDSRAPPORT. Energideklaration Villa. Fastighetsbeteckning. Byggnadens adress. Datum. Energiexpert. Sjöändan 1:17. Metsjövägen 9.

Thermia Diplomat Optimum G3 det bästa valet för svenska villaägare.

EffHP135w. Vätska/vattenvärmepump för Passivhus

El och varmvatten från solen - åk på solsafari onsdag 22 maj kl 18-20

Transkript:

Förstudie: BESKRIVNING AV UPPVÄRMNINGSSYSTEM MED SOLFÅNGARE OCH VÄRMEPUMP FÖR OMRÅDET ANNEBERG I DANDERYDS KOMMUN Klaus Lorenz, Rainer Tepe, Tomas Persson SERC Centrum för Solenergiforskning HÖGSKOLAN DALARNA Mars 1999

2 SAMMANFATTNING Anneberg är ett område i Danderyds kommun där det skall beredas plats för ett nytt bostadsområde. Området skall bebyggas med flerbostadshus, gruppbostäder och ett sjukhem. Denna förstudie beskriver översiktligt 3 systemförslag som kan användas för uppvärmning av husen i bostadsområdet Anneberg. Målsättningen är att presentera uppvärmningssystem som visar hur solenergi kan användas för att öka värmepumpsystemens värmefaktor. Systemen modellerades i TRNSYS och systemfunktionen samt energiflöden simulerades. Simulerade prestanda för tre olika typer av uppvärmningssystem redovisas. System A är ett vanligt värmepumpsystem med borrhål och värmepump placerad i ett flerfamiljshus av typ 3. System B liknar system A, men har kompletterats med en glasad solfångare för varmvattenberedning. System C är en lösning som kan tillämpas för större byggnader eller för ett område med flera byggnader. Systemet har ett gemensamt värmelager och ett kulvertsystem som förbinder byggnaderna med värmelagret. I varje ansluten byggnad installeras sedan en värmepump och en oglasad solfångare. Simuleringsresultatet redovisas som en värmefaktor för systemets fem första driftår. System A får en värmefaktor på mellan 2,3 och 2,7 för de första 5 driftåren. System B får en värmefaktor på mellan 3,4 och 3,7 och system C får en värmefaktor på mellan 4,0 och 4,5. Studien visar att det går att öka värmefaktorn på en värmepumpanläggning från ca 2,5 upp till 4 eller 4,5 genom att komplettera anläggningen med solfångare och värmelager. Detta innebär att elförbrukningen minskar från att vara ca 40 % av värmebehovet ned till under 25 % av värmebehovet. Det bör således finnas en potential för att komplettera värmepumpanläggningar med solvärme. Vilket utförande som kan bli ekonomiskt intressant kan inte bedömas i denna förstudie. I förstudien visas enbart resultatet för tre enstaka systemutföranden. Inga parametervariationer (tex solfångaryta, antal borrhål och avstånd mellan borrhålen) är utförda. En sådan systemoptimering bör göras med förstudien som utgångsläge.

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 BAKGRUND OCH SYFTE... 4 2 TRADITIONELLT VÄRMEPUMPSYSTEM (SYSTEM A)... 5 2.1 Borrhål... 5 2.2 Värmepump... 6 2.3 Värmefaktor... 6 2.4 Varmvattenberedare och uppvärmningssystem... 6 2.5 Beräkningsförutsättningar... 6 2.6 Simulerat resultat... 7 3 VÄRMEPUMPSYSTEM MED GLASAD SOLFÅNGARE (SYSTEM B)... 8 3.1 Solfångare...8 3.2 Varmvattenberedare och uppvärmningssystem... 9 3.3 Beräkningsförutsättningar... 9 3.4 Simulerat resultat... 9 4 STORSKALIGT VÄRMEPUMPSYSTEM MED OGLASADE SOLFÅNGARE (SYSTEM C)... 10 4.1 Oglasad solfångare (EMA-Solfångaren)... 10 4.2 Borrhålsvärmelager... 11 4.3 Uppvärmningssystem... 11 4.4 Beräkningsförutsättningar... 12 4.5 Simulerat resultat... 12 5 FRAMTIDA ARBETE... 13 6 SLUTSATSER... 13

4 1 BAKGRUND OCH SYFTE Anneberg är ett område i Danderyds kommun, där det skall beredas plats för ett nytt bostadsområde. Området skall bebyggas med flerbostadshus, gruppbostäder och 1 sjukhem. Denna förstudie är utförd på uppdrag av Håkan Ehnström, ELU Teknik. Efter ett gemensamt arbetsmöte mellan ELU Teknik (Danderyd), Swahns AB (Borlänge) och medarbetare på SERC (Högskolan Dalarna) har SERC fått i uppdrag att beskriva systemförslag bestående av värmepump, solfångare och lagringssystem, samt att uppskatta systemens prestanda. Målsättningen är att presentera uppvärmningssystem som visar hur solenergi kan användas för att öka värmepumpars värmefaktor. Denna förstudie beskriver översiktligt 3 systemförslag som kan användas för uppvärmning av husen i området Anneberg. Systemen modellerades i TRNSYS och systemfunktionen samt energiflöden simulerades. I förstudien redovisas simulerade prestanda för tre olika typer av uppvärmningssystem. System A är ett vanligt småskaligt värmepumpsystem med borrhål och värmepump placerad i ett flerfamiljshus av typ 3. System B liknar system A men har kompletterats med en glasad solfångare för varmvattenberedning. System C är en lösning som kan tillämpas för större byggnader eller ett område med många små byggnader. Konceptet bygger på att fastigheterna är anslutna till ett gemensamt bergvärmelager. Värmepump och solfångare placeras vid varje byggnad och ansluts via ett kulvertsystem till det gemensamma bergvärmelagret. Kriterierna för ett miljöriktigt framtida uppvärmningssystem med värmepump bör vara att andelen av den högkvalitativa elenergin för uppvärmningsändamål inte utgör mer än 30 % av uppvärmningsbehovet i en anläggning (vi producerar ju en stor andel el med en verkningsgrad av ca 30 %). I annat fall riskerar värmepumpen att på sikt konkurreras ut av andra energikällor, som tex biobränsleanläggningar. Denna förstudie visar hur solenergi kan användas för att öka värmepumpars värmefaktor.

5 2 TRADITIONELLT VÄRMEPUMPSYSTEM (SYSTEM A) Ett värmepumpsystem består av en kollektor där lågvärdig värmeenergi tas upp och en värmepump som höjer temperaturen på värmeenergin till en användbar temperaturnivå. Kollektorn kan utformas på olika sätt beroende på varifrån man vill hämta värmeenergin. Olika värmekällor är berg, ytjord, sjöar och uteluft. Det som är aktuellt som värmekälla för husen i Anneberg är i första hand bergvärme. Figur 2.1 nedan visar principen för ett bergvärmesystem med borrhål för flerfamiljshus. SYSTEM A VÄRMEPUMP VARMVATTENBEREDARE Varmvatten ELKASSETT GOLVVÄRMESYSTEM Kallvatten BORRHÅL (djup max 150 m) Figur 2.1. Figuren visar en schematisk bild över ett traditionellt bergvärmesystem med värmepump (system A). Funktion: Golvvärmesystemet förses med värme från värmepumpen som hämtar energi från borrhålen. Om önskad framledningstemperatur inte uppnås med värmepumpen sker eftervärmning med elkassetten. När temperaturen i varmvattenberedaren är för låg kopplar värmepumpen över till att bereda varmvatten. Under dessa perioder kan inte värmepumpen leverera värme till uppvärmningssystemet. 2.1 Borrhål Värmeenergi av låg temperatur tas ur marken genom att en värmebärare av vatten och brinol cirkulerar i en U-rörsformad slang nedsänkt i ett eller flera borrhål. Vid idrifttagning av en anläggning är temperaturen i berget ungefär lika med årsmedeltemperaturen för orten. (dvs ca 6 C för Stockholm). Vid normal dimensionering är drifttemperaturen som lägst ca -5 C under vintern och ca +4 C under sommaren. Med ökad borrhålslängd blir bergtemperaturen något högre.

6 2.2 Värmepump Värmepumpen uppgraderar den lågvärdiga värmeenergin till användbara temperaturer. För att göra detta krävs elenergi för att driva en kompressor. Den förbrukade elenergin står i proportion till den temperaturhöjning som erfordras. Vid produktion av 55-gradigt varmvatten med en värmepump då temperaturkällan har en temperatur av -5 C blir elförbrukningen ca 1/2 av den totala värmeproduktionen. Dvs hälften av energin kommer från marken och den andra hälften är köpt elenergi. Om temperaturen i marken däremot är +5 C och värmen endast behöver lämnas vid en temperatur av 35 C blir andelen el endast ca 1/4 av värmeproduktionen. Ett minskat temperaturspann mellan värmekällan och den användbara temperaturen är alltså av stor betydelse för värmepumpens prestanda. 2.3 Värmefaktor Vi anger systemens effektivitet med en värmefaktor liknande definitionen för en värmepump. Värmefaktorn är ett mått på hur mycket värme som värmepumpen avger i förhållande till uppoffrad elenergimängd. Värmefaktorn definieras i denna förstudie enligt: Tillförd energi för varmvattenberedning och uppvärmning Värmefaktorn = Tillförd el till värmepump och elkassett Här innefattar värmefaktorn hela systemets prestanda för de fem första driftåren. En värmefaktor på 3,0 betyder således att 1/3 av byggnadens energibehov är elenergi. Resterande energibehov täcks med värme från berg eller från solfångare. 2.4 Varmvattenberedare och uppvärmningssystem Värmen från värmepumpen avges till uppvärmningssystem och varmvattenberedare. För att värmepumpens prestanda skall bli så hög som möjligt är ett uppvärmningssystem som inte kräver höga framledningstemperaturer att föredra. Sådana lågtemperaturvärmesystem är tex golvvärme slingor i betongbjälklag med underliggande isolering. I systemsimuleringarna har ett lågtemperaturvärmesystem antagits för samtliga koncept. Temperaturen på utgående vatten till uppvärmningssystemet bestäms av utetemperaturen så att framledningstemperaturen till uppvärmningssystemet stiger med sjunkande utetemperatur. 2.5 Beräkningsförutsättningar Beräkningsförutsättningar för system A: Antal lägenheter 4 st Total boyta 300 m 2 Värmepumpens avgivna värmeeffekt 12,1 kw (vid 10 C / 50 C) Årligt uppvärmningsbehov 26500 kwh/år Årligt tappvarmvattenbehov 11500 kwh/år Antal borrhål 1 st Borrhålsdjup 125 m Volym varmvattenberedare 500 liter Dim temperatur uppvärmningssystem 32/27 C vid T ute = -18 C Simuleringsperiod 5 år (från driftstart) Cirkulationspumparnas elförbrukning har försummats

7 2.6 Simulerat resultat Simuleringsresultatet för system A redovisar energitillförsel från de olika energikällorna samt värmepumpsystemets värmefaktor för de fem första driftåren. System A El till värmepump Värme från borrhål Värmefaktor = 2,3-2,7 El till elkassett Diagram 2.1. Diagrammet visar simulerad energitillförsel och värmefaktorn för de fem första driftåren i ett flerbostadshus (hustyp3) utrustad med uppvärmningssystem A. Värmefaktorn förklaras i kap 2.3. Simuleringsresultatet visar att årsvärmefaktorn ligger på mellan 2,3 och 2,7 för system A. Detta stämmer väl överens med de prestanda som värmepumpsfabrikanterna anger i sina dimensioneringsunderlag. System A är idag ett mycket vanligt uppvärmningssystem och nya system installeras hela tiden för att ersätta el eller olja. Man kan emellertid ifrågasätta effektiviteten hos denna typ av system, då andelen el uppgår till ca 40 %, samtidigt som det produceras en stor del el från värme med en verkningsgrad av högst 35 %.

8 3 VÄRMEPUMPSYSTEM MED GLASAD SOLFÅNGARE (SYSTEM B) I system B har en glasad solfångare kopplats in direkt till varmvattenberedaren. Varmvattenberedarens volym har utökats jämfört med system A för att möjliggöra dygnslagring av varmvatten. Värmepump och borrhål har samma funktion och inkoppling som i system A. Figur 3.1 nedan visar system B med en glasad solfångare i kombination med en värmepump för ett enskilt hus. SYSTEM B VÄRMEPUMP GLASAD SOLFÅNGARE Varmvatten VARMVATTENBEREDARE GOLVVÄRMESYSTEM ELKASSETT Kallvatten BORRHÅL (djup max 150 m) Figur 3.1. Figuren visar en schematisk bild över ett bergvärmesystem med värmepump kombinerad med en glasad solfångare för tappvattenuppvärmning (system B). Funktion: Golvvärmesystemet förses med värme från värmepumpen som hämtar energi från borrhålen. Om önskad framledningstemperatur inte uppnås med värmepumpen sker eftervärmning med elkassetten. Solvärmen tillförs enbart tappvarmvattnet. När temperaturen i varmvattenberedaren är för låg kopplar värmepumpen över till att bereda varmvatten. Under dessa perioder kan inte värmepumpen leverera värme till uppvärmningssystemet. 3.1 Solfångare Plana solfångare med glastäckning ger värme med tillräckligt hög temperatur för att kunna användas för tappvarmvattenproduktion utan värmepump under sommarhalvåret (s.k. tappvarmvattensystem). Solfångaren är en konventionell solfångare som består av underliggande isolering, en selektiv absorbator och ett täckglas. Kostnaden för en sådan solfångare inkl montage och inkoppling till varmvattenberedaren ligger på ca 3000 till 5000 kr/m 2 solfångare.

9 3.2 Varmvattenberedare och uppvärmningssystem Borrhål värmepump och golvvärmesystem fungerar på samma sätt som i system A. Värmen från värmepumpen avges till uppvärmningssystemet och vid behov till varmvattenberedaren. I detta system används en större varmvattenberedare än i system A, vilket möjliggör dygnslagring av solenergin. 3.3 Beräkningsförutsättningar Beräkningsförutsättningar för system B: Antal lägenheter 4 st Boyta 300 m 2 Värmepumpens avgivna värmeeffekt 12,1 kw (vid 10 C / 50 C) Årligt uppvärmningsbehov 26500 kwh/år Årligt tappvarmvattenbehov 11500 kwh/år Antal borrhål 1 st Borrhålsdjup 125 m Solfångartyp enkelglasad, selektiv absorbator Solfångaryta 20 m 2 Volym varmvattenberedare 1000 liter Dim temperatur uppvärmningssystem 32/27 C vid T ute = -18 C Simuleringsperiod 5 år (från driftstart) Cirkulationspumparnas elförbrukning har försummats 3.4 Simulerat resultat Simuleringsresultatet för system B redovisar energitillförsel från de olika energikällorna och värmepumpsystemets medelvärmefaktor för de fem första driftåren. System B El till värmepump El till elkassett Värme från borrhål Värmefaktor = 3,4-3,7 Värme från solfångare Diagram 3.1. Diagrammet visar simulerad energitillförsel och värmefaktorn för de fem första driftåren i ett flerbostadshus (hustyp3) utrustad med uppvärmningssystem B. Värmefaktorn förklaras i kap 2.3. Simuleringsresultatet visar att årsvärmefaktorn ligger på mellan 3,4 och 3,7 för system B, vilket är högre än för system A. Den glasade solfångaren ersätter ca 50 % av tappvarmvattenbehovet, vilket motsvarar ca 15 % av den totala energiförbrukningen. Den insamlade energimängden får relativt stor inverkan på årsvärmefaktorn, eftersom värmepumpen har betydligt lägre värmefaktor när den bereder tappvarmvatten av 55 C än när den levererar värme till golvvärmesystemet, som kräver en temperatur av högst 35 C.

10 4 STORSKALIGT VÄRMEPUMPSYSTEM MED OGLASADE SOLFÅNGARE (SYSTEM C) System C är ett koncept som lämpar sig för större fastigheter eller grupper av fastigheter. Systemet består av en oglasad plåttaksolfångare, ett bergvärmelager och en värmepump. Figur 4.1 nedan visar uppbyggnaden för system C för en fastighet kopplad till värmelagret. I princip kan ett obegränsat antal fastigheter anslutas parallellt till kulvertsystemet. SYSTEM C VÄRMEPUMP OGLASAD SOLFÅNGARE Varmvatten VARMVATTENBEREDARE ELKASSETT GOLVVÄRMESYSTEM Kulvert till andra fastigheter BORRHÅLSLAGER Kallvatten Figur 4.1. Figuren visar en schematisk bild över ett system med bergvärmelager och oglasade solfångare placerade på hustaken (system C). Systemet bygger på att man har en värmepump i varje fastighet som bereder varmvatten och värme, men energin tas från ett gemensamt årsvärmelager. Det kulvertsystem som förbinder fastigheterna med borrhålslagret används för att ladda lagret från de oglasade solfångarna och för att hämta energi till värmepumpar och uppvärmningssystem. Funktion: Den oglasade solfångaren värmer borrhålslagret då solfångaren har en högre temperatur än lagret. Golvvärmesystemet förses med värme, i första hand direkt från solfångaren eller borrhålsvärmelagret. Om temperaturen i lagret är för låg uppgraderas den till rätt nivå med värmepumpen. Om önskad framledningstemperatur inte uppnås med värmepumpen sker eftervärmning med elkassetten. När temperaturen i varmvattenberedaren är för låg kopplar värmepumpen över till att bereda varmvatten. Under dessa perioder levererar inte värmepumpen energi till uppvärmningssystemet. 4.1 Oglasad solfångare (EMA-Solfångaren) En oglasad solfångare kan inte leverera energi vid lika höga temperaturer som en glasad solfångare, men stora mängder energi vid låga temperaturer. Därför krävs ofta en värmepump för att uppgradera energin till användbar temperatur. I gengäld är en oglasad solfångare betydligt billigare, och därför mycket lämplig för detta användningsområde.

11 Inom SERC vid Högskolan Dalarna utvecklas just nu en ny typ av oglasad solfångare som har god potential att bli mycket billig. Principen är enkel: I stället för att montera vanlig plåt på ett tak vid renovering eller nybyggnation skall man använda en takplåt med en speciell profil, som möjliggör montering av en gummislang (se figur 4.2 nedan). Husets takisolering kan fungera som solfångarens isolering på baksidan. Den enda extra kostnad som belastar solfångaren är inköp och montering av gummislangen. Enligt tillverkaren kommer det att kosta mellan 100 och 150 kr/m 2. Elastomer-Metal-Absorber: absorber clip profile elastomer tube Figur 4.2. Figuren visar en plåtprofil som möjliggör montering av en gummislang, vilket ger en mycket enkel konstruktion av en plåttaksolfångare. Gummislangen är utvecklad speciellt för att ha hög värmeledning. Plåtprofilen är utformad för att erhålla god värmeledning mellan gummislang och absorbator. 4.2 Borrhålsvärmelager Ett borrhålsvärmelager bygger på att man skall säsongslagra värme i marken. Lagret behöver ha en viss storlek för att inte värmeförlusterna skall bli för stora. I stället för att sprida borrhålen och ta energi från den omgivande marken lägger man borrhålen tätare i ett bergvärmelager (med ca 3 m mellanrum) och återladdar systemet med en värmekälla. På detta sätt försöker man hålla lagret vid en högre temperatur än det omgivande berget. Större system ökar möjligheten att hålla högre temperaturer i lagret under längre tid genom att andelen av den lagrade energin som blir värmeförluster minskar. Det är viktigt att den energi som används för att ladda lagret är mycket billig och att systemet för att återladda berget har en låg investeringskostnad. Värmelagret i system C har lägre temperatur än normalt vid bergvärmelager. Detta medför mindre värmeförluster och att lagret skall kunna laddas med väldigt enkel solfångarteknik (oglasade solfångare). För att kunna använda sig av den lagrade energimängden krävs däremot en värmepump för att höja temperaturen. Värmepumpen får genom detta värmelager bättre driftförhållanden som resulterar i minskad elförbrukning. 4.3 Uppvärmningssystem System C ger möjlighet att ta värme från värmelagret eller solfångarna för direkt uppvärmning under de perioder då värmelagret eller solfångaren levererar en temperatur som är högre än den önskade framledningstemperaturen. Möjligheten att utnyttja energi direkt från lagret är endast mycket liten i den storleksklass som presenteras här, men ökar med större systemstorlekar.

12 4.4 Beräkningsförutsättningar Beräkningsförutsättningar för system C: Lokalyta: 4 flerbostadshus, 2 hus med gruppbostäder och 1 sjukhem totalt 4000 m 2 Värmepumparnas totala avgivna värmeeffekt 160 kw (vid 10 C / 50 C) Årligt energibehov för uppvärmning och tappvatten 356000 kwh/år Årligt tappvarmvattenbehov 117000 kwh/år Borrhålsdjup 125 m Antal borrhål 40 st Borrhålsavstånd 3,5 m Solfångartyp: oglasad plåttaksolfångare (EMA) Total solfångaryta 1200 m 2 Total volym varmvattenberedare 8000 liter Dim temperatur uppvärmningssystem 32/27 C vid T ute = -18 C Simuleringsperiod 5 år (från driftstart) Kulvertförluster har försummats Cirkulationspumparnas elförbrukning har försummats 4.5 Simulerat resultat Simuleringsresultatet för system C redovisar energitillförsel från de olika energikällorna samt värmepumpsystemets medelvärmefaktor för de fem första driftåren. System C El till värmepump El till elkassett Värme från solfångare och lager Värmefaktor = 4,0-4,5 Diagram 4.1. Diagrammet visar simulerad energitillförsel och värmefaktorn för de fem första driftåren för området med 4 flerbostadshus, 2 hus med gruppbostäder och 1 sjukhem (totalt 4000 m 2 ) utrustade med uppvärmningssystem C. Värmefaktorn förklaras under kap 2.3. Enligt diagram 4.1 ligger den simulerade årsvärmefaktorn på mellan 4,0 och 4,5 för system C. Detta är bättre än för både system A och B. Denna typ av bergvärmesystem kommer också att fungera något bättre med åren, till skillnad från system A och B, vars prestanda försämras med åren. Värmeförlusterna från lagret kommer att minska varje år och temperaturen i lagret kommer att stiga i takt med att det omgivande berget värms upp. Dessa förändringar är dock störst under lagrets första driftår för att sedan vara mindre och mindre. En annan viktig skillnad mellan system C och de övriga, är att dess prestanda kommer att öka om större system byggs. Det krävs stora bergvärmelager för att åstadkomma en effektiv årsvärmelagring och för att värmeförlusterna inte skall bli för stora. Ett större system ger en lägre investeringskostnad per m 2 byggnadsyta, eftersom lagrets storlek inte behöver fördubblas med ett fördubblat värmebehov.

13 Systemet har vissa möjligheter att bli ekonomiskt, speciellt eftersom den nya EMAsolfångaren kan bli mycket billig. Ingen mätning av energiflöden i kulvertsystemet är heller nödvändig, eftersom den energi som distribueras är gratis energi från solen. Kriteriet för att ansluta sig till systemet blir att man har en oglasad solfångare på taket som levererar tillräckligt mycket energi, och att man betalar sin andel av bergvärmelagrets investeringskostnad. 5 FRAMTIDA ARBETE Av tidigare erfarenheter vid SERC med simuleringar av solvärmesystem har det konstaterats att det i regel går att förbättra solvärmesystem avsevärt genom optimering och systemförbättringar. Ofta kan enkla och billiga åtgärder höja prestandan på anläggningen. De system som presenterats i denna rapport har inte optimerats, men det finns utan tvekan många sätt att förbättra systemen. Ett exempel kan vara att använda en elpatron i varmvattenberedaren och låta denna arbeta under tider då inte värmepumpens effekt räcker till. Värmepumpen får en högre värmefaktor då den arbetar mot ett lågtemperaturvärmesystem. Ett annat intressant koncept som bör undersökas är en kombination av system B och C, eftersom dessa systems enskilda positiva inverkan på värmefaktorn då kan komma att komplettera varandra. För att hålla kostnaden nere kan en del av EMA-solfångaren glasas och sedan kopplas direkt till varmvattenberedaren med ett separat rörsystem. Ett annat alternativ till system C kan vara ett koncept med en gemensam värmecentral med gemensam värmepump för samtliga fastigheter. Nackdelen med detta är att distributionssystemet mellan husen då måste leverera varmvatten, värme och solvärme i separata rörledningar. Detta medför ökade kostnader och värmeförluster i kulvertsystemet, vilket måste vägas mot en billigare och effektivare installation av en central värmepump. Vilket utförande som blir ekonomiskt intressant kan inte bedömas i denna förstudie. I förstudien visas enbart resultatet för tre enstaka systemutföranden. Inga parametervariationer (tex solfångaryta, antal borrhål och avstånd mellan borrhålen) är utförda. En sådan systemoptimering bör göras med förstudien som utgångsläge. Ett optimeringsarbete med mål att finna de åtgärder som har positiv inverkan på prestandan är därför av största intresse. Optimeringsarbetet utförs genom att parametrar varieras en och en för att finna optimal storlek på solfångare och lager, mm. Systemets prestanda kan också höjas genom att ändringar görs i systemets principlösning och i dess reglerfunktion. 6 SLUTSATSER Studien visar att det går att öka värmefaktorn på en värmepumpanläggning från ca 2,5 upp till 4 eller 4,5 genom att komplettera anläggningen med solfångare och värmelager. Detta innebär att elförbrukningen minskar från att vara ca 40 % av värmebehovet ned till under 25 % av värmebehovet. Det finns således en potential i att komplettera värmepumpanläggningar med solvärme. Vilket systemutförande som är det mest konkurrenskraftiga bör bedömas efter ett optimeringsarbete och en analys av nödvändiga tilläggskostnader.