Etablering och marknadsutveckling för Energieffektivt företagande i Norrbotten Energikartläggning Räddningstjänsten, Jokkmokks kommun, Vuollerims brandstation Juni 2007 Genomförandegrupp: Tommy Andersson, Energiteknik i Lappland AB Handledare: Jan Dahl, LTU Finansiärer:
Innehållsförteckning Innehållsförteckning 2 Inledning 3 Lokaler 4 Klimatskal 4 Värme och ventilation 4 Elanvändning 4 Analys av tidigare användning 5 Lokaluppvärmning 6 Ventilation 6 Kompressor 6 Belysning 6 Motorvärmare 7 Tappvarmvatten 7 Förenklad energibalans 7 Analys av elstatistik 8 Effektiviseringsåtgärder 9 Extraisolering samt tätning av väggar och tak 9 Effektivare ventilation 10 Investering 10 Byte av portar 10 Effektivisering av övriga elförbrukare 11 Motorvärmare 11 Belysning 11 Kompressor 11 Sammanställning av alla föreslagna effektiviseringsåtgärder 11 Investering i pelletpanna eller värmepump 12 Sammanfattning av åtgärder 12 2
Inledning Kartläggningen ingår i Nenets (Norrbottens energikontor AB:s) satsning på att effektivisera energianvändningen i de små och medelstora företagen i Norrbotten och att utbilda konsulter och liknande som kan hjälpa företagen att genomföra systematiska energikartläggningar. Satsningen sker inom projektet Etablering och marknadsutveckling för energieffektivt företagande i Norrbotten, vilket bedrivs i nära samarbete med ETC (Energitekniskt centrum) i Piteå och LTU (Luleå tekniska universitet), avdelningen för energiteknik. Projektet, som finansieras av Energimyndigheten, Strukturfonden för Mål 1 Norra Norrland, Länsstyrelsen Norrbotten och Norrbottens läns landsting, riktar sig i första hand till företag med intresse för energieffektivt företagande, men även till konsulter, kommunala energirådgivare med flera vilka kan hjälpa företag att bli mer energimedvetna och därigenom erhålla en kostnadseffektiv och klok energianvändning. Räddningstjänsten i Jokkmokks kommun består av tre brandstationer. En station finns i Jokkmokk, en i Vuollerim samt en i Porjus. Kartläggningen genomfördes på brandstationen i Vuollerim. Stationen i Vuollerim är mestadels obemannad. Övningar förekommer kvällstid 2 gånger i veckan. Syftet med detta arbete är att effektivisera energianvändningen, minimera energikostnaderna och minska anläggningens negativa miljöpåverkan. Inom ramen för energikartläggningen ingår studier/analyser av tidigare el- och värmeförbrukning, energirond på anläggningen samt en skriftlig sammanställning. I projektet har även kortare mätningar utförts. Däremot ingår inte att genomföra rekommenderade effektiviseringsförslag, eftersom det åligger anläggningsägaren. Alla data i denna rapport omfattar 2006, om inget annat anges.. 3
Lokaler Byggnaden består av vagnshall, lektionssal, verkstad, kontor, bastu, dusch och grovtvätt. Den totala ytan är ca 350 m 2 fördelat på vagnshall: ca 210 m 2, lektionssal: ca 57 m 2, verkstad: ca 32 m 2, kontor: ca 13 m 2, samt övriga utrymmen: ca 38 m 2. Stationen är obemannad men brandövningar genomförs två gånger per vecka. Klimatskal Stationen består av en byggnad byggd på betongplatta ca: 350 m 2. Väggarna består av plåt med 100 mm gullfiberisolering. Även taket är av plåt. Det är osäkert hur tjock takisoleringen är, men enligt personal på plats är den inte så bra. Fönstren är av treglastyp. Ytterdörren är en aluminiumdörr av bra kvalitet. Det finns fem garageportar, ca 3 x 4 m stora, i vagnshallen. Två stycken är takskjutportar av bra kvalitet, medan de tre övriga är oisolerade vikdörrar. Övriga lokaler består av lektionssal, verkstad, kontor, bastu och dusch samt grovtvätt. Det finns planer på en utbyggnad med personalutrymmen för kvinnliga brandmän samt konvertering till vattenburen värme via pellets eller värmepump. Värme och ventilation Värme Värmeförsörjningen i vagnshallen sker med hjälp av 4 aerotemprar med 10 kw effekt vardera, varav en tar in uteluft. Övriga lokaler har direktverkande elradiatorer med en sammanlagd effekt på 8 kw. Ventilation Ventilationen består av ett litet värmeåtervinningsaggregat av fabrikat Termovex, med plattvärmeväxlare, samt 3 takfläktar som går dygnet runt. Elanvändning Elavtalet för Vuollerim är ett E4 enkeltariffavtal med 80A effektabonnemang. Fast avgift: 10 030 kr/år, överföring: 16 öre/kwh, energi: 66,43 öre/kwh. Totalt blir det ett pris på ca 90 öre/kwh. 4
Analys av tidigare användning Den totala uppmätta årsförbrukningen av el är 143 855 kwh. Den används till lokaluppvärmning via aerotemprar och elradiatorer, belysning, kompressordrift samt till utebelysning, pumpar, fläktar och motorvärmare. 5
Lokaluppvärmning Vagnshallen värms upp med fyra aerotemprar vardera med 10 kw effekt och övriga utrymmen med elradiatorer med sammanlagt 8 kw effekt. Totalt finns således ca 48 kw effekt tillgängligt. Av uppmätta data (tabell 1) framgår att det finns en överkapacitet avseende maxeffekten på ca 20 %. 38 kw svarar således mot det maximala effektbehovet och då kan årsmedeleffekten uppskattas till ca 35-40 % av denna eller ca 12-15 kw. Under en värmesäsong (exklusive juni, juli och augusti = ca 6 500 timmar) motsvarar det ca 90 000 kwh. Ventilation Fläktarna (600 W) till ventilationsaggregatet går kontinuerligt, vilket motsvarar ca 5 000 kwh i direkt elförbrukning. Utöver det så bedöms ventilationsenergin över året motsvara en halv luftomsättning per timme vilket skulle motsvara ca 500 m 3 per timme, kontinuerligt. Det motsvarar ca 10 000 kj per timme i medeltal eller 10 000/3600 = ca 3 kw medeleffekt under hela året som i sin tur motsvarar ca 26 000 kwh (3 kw*ca 8 700 timmar). Med en uppskattad årsmedelverkningsgrad motsvarande 40 %, vilket är rimligt för ett äldre aggregat i den här storleken, är användningen av primärenergi ca 16 000 kwh per år (0.6*26 000 kwh). Dessutom är det rimligt att räkna med en ventilationsgrad motsvarande minst en halv omsättning per timme i naturlig ventilation. Verkningsgraden är 0 % eftersom luften ventileras rakt ut i omgivningen. Det betyder att ca 26 000 kwh åtgår för den naturliga, icke kontrollerbara ventilation (jämför beräkning ovan). Sammanlagt kräver ventilationen således ca 47 000 kwh el per år (16 000 + 26 000 + 5 000 kwh). Kompressor Anläggningen är bestyckad med en Atlas Copco enstegskompressor Atlas LE6 motor med 2,8 kw effekt. Den används i huvudsak till att hålla lufttrycket i bilarnas bromssystem vilket betyder att de har ytterst få drifttimmar per månad. Antag att de är i drift en timme per dag året runt. Det motsvarar maximalt ca 1 000 kwh el per år. Däremot så är kompressorn påslagen hela tiden och eventuella läckage ger upphov till avsevärda energiförluster. Antag, utan kartläggning, att systemet har två små läckor med håldiameter ca 1 mm. Årskostnaden för ett sånt läckage är i intervallet 3 000-5 000 kr per år. Belysning Belysningen i vagnshallen består av ca 30 lysrör a 2 x 58 W. Övriga lokaler har lysrör på 2 x 38 W. Ytterbelysning består av fem kvicksilverarmaturer a 80W. Ytterbelysningen kan antas vara påslagen under den mörka delen av säsongen d v s ca 1 200 timmar per år, viket motsvarar ca 500 kwh i elanvändning per år. Innerbelysningen kan antas vara påslagen när det är aktivitet i lokalen, d v s under två kvällar per vecka samt vid 6
utryckning. Det motsvarar ca 600 timmar per år eller ca 1 800 kwh i elanvändning per år. Totalt för belysningen används i så fall ca 2 300 kwh per år Motorvärmare Det finns tio motorvärmaruttag vid stationen. Dessa används i huvudsak när stationen är bemannad, d v s vid övningstillfällen och vid utryckningar. Om vi utgår från en regelbunden användning under ca 10 timmar per vecka plus utryckningar med mera så utnyttjas de 10 motorvärmaruttagen ca 700 timmar per år vilket som mest motsvarar ca 7 000 kwh i elanvändning per år. Tappvarmvatten Eftersom stationen inte är permanent bemannad är behovet av varmvatten till bastu och dusch relativt begränsat. Vi beräknar behovet till tio duschar per vecka. Normalt motsvarar en dusch ca 3 kwh varför behovet över ett år motsvarar ca 1 500 kwh. Till detta ska läggas bastu och hushållsvarmvatten motsvarande ca 500 kwh per år. Totalt behövs således ca 2 000 kwh el per år för uppvärmning av tappvarmvatten. En vanlig villaberedare av äldre typ på 300 liter finns installerad.. Förenklad energibalans El för uppvärmning 90 000 kwh El för ventilation 47 000 kwh El för motorvärmare 7 000 kwh El för belysning 2 300 kwh Kompressor 1 000 kwh Förbrukningsvarmvatten 2 000 kwh Totalt 149 300 kwh per år Den uppmätta elförbrukningen har registrerats till 143 855 kwh (för år 2006). Energibalansen är således i huvudsak verifierad. Naturligtvis finns det osäkerheter i de enskilda posterna men de viktigaste användarna bör vara definierade. En alternativ analys kan göras enligt följande: En yttervägg med 10 cm isolering har ca 30 % av en modern byggnads isolering. På taket är isoleringen ännu tunnare enligt uppgift. Värmeförlusterna genom byggnadens skal är således ca 3 gånger högre än för en vanlig bostad, eller ca 250 kwh/m 2. Det motsvarar ca 88 000 kwh värme per år. Denna analys bekräftar rimligheten i det tidigare antagandet att ca 40 % av toppeffekten utgör årsmedeleffektbehovet för aerotemprarna som sköter värmeförsörjningen. Den ofrivilliga ventilationen är mycket svår att uppskatta eftersom den är starkt beroende av väder och vind. En gles byggnad kräver till exempel upp till dubbla energimängden för att hålla värmen vid stark vind. Den tidigare diskussionen som landar i ca 47 000 kwh för ventilationen är en analys som främst baseras på erfarenhet från VVS-branchen. 7
Enligt uppgift från beställaren så är energiåtgången lika stor vid brandstationen i Porjus trots mindre byggnadsarea. Även vid stationen i Jokkmokk är energianvändningen stor men där är verksamheten annorlunda varför en adekvat jämförelse är svår att göra. Stationen i Porjus har 2 garage för lastbil, 1 garage för personbil och ett mindre utrymme för personal och verkstad, och har ungefär samma förbrukning som Vuollerim. Stationen i Jokkmokk är ungefär dubbelt så stor som i Vuollerim, har ungefär lika hög elförbrukning samt fjärrvärme för uppvärmning. Analys av elstatistik Av tabell 1 och figur 1 kan en del intressant information utläsas. Uppmätt maxeffekt i januari är ca 40 kw och energianvändningen är 18 184 kwh vilket motsvarar ett energibehov på ca 90 kwh/m 2 under januari månad, vilket naturligtvis är extremt mycket (nära årsvärmebehovet för en enfamiljsvilla). I mars är medeltemperaturen ca 0 grader C varför värmebehovet torde vara ca 40 % av det i januari. Den uppmätta energianvändningen för mars månad är 11 726 kwh vilket överensstämmer hyggligt med antagandet ovan. Vi ser ingen avgörande skillnad mellan helg- och vardagsanvändning, vilket antyder att den verksamhetsrelaterade energianvändningen är mycket begränsad. Den består främst av el till motorvärmare, varmvatten och belysning. Variationerna i energianvändning som visas i figur 1 är främst beroende av temperaturvariationer utomhus. Tabell1. Energianvändning januari april 2007 Anläggningsadress: Brandstation Vlm Lpv Energi- och effekt Energi Effekt Vardagar 06-22 Övrig tid Totalt Max Min Medel [kwh] [kwh] [kwh] [kw] [kw] [kw] Jan 7 421 10 763 18 184 40 0* 24 Feb 7 635 10 041 17 677 43 12 24 Mar 4 733 6 993 11 726 37 0* 16 Apr 2 716 5 526 8 242 28 1 11 * har ej gått att utreda 8
kwh 800 700 Summa energi per dygn <Januari 2007 Vardagar kl 06-22 Övrig tid 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Dag Figur 1. Energianvändning januari 2007 Effektiviseringsåtgärder Eftersom den helt dominerande energianvändningen åtgår till värme och ventilation av byggnaden så bör åtgärderna i första hand inriktas på att minska elbehoven för värme och ventilation. Extraisolering samt tätning av väggar och tak Väggarna har 10 cm mineralullisolering vilket naturligtvis är alldeles för lite. Extra isolering av väggarna i två korslagda skikt av mineralull med tjockleken 10+5 cm reducerar värmeförluster p g a transmission avsevärt. Med totalt 25 cm isolering i väggarna kan byggnaden jämföras med en modern fastighet. Lösull på taket, gärna täckt med vindpapp, är ytterligare en åtgärd som reducerar förlusterna avsevärt. Transmissionsförlusterna bör kunna sänkas till ca 30 000 kwh värme per år totalt (något högre än om man går efter normvärden för byggnader eftersom golven förmodligen inte går att åtgärda). Genom att effektivisera byggnadens klimatskal skulle värmeförlusterna genom väggar och tak kunna minskas med ca 60 000 kwh per år. Tätning av väggar, tak samt kring fönster och dörrar kommer att reducera den naturliga (ofrivilliga) ventilationen. Tätningslister kring dörrar och fönster reducerar draget ordentligt. Bedömningen är att den ofrivilliga ventilationen reduceras ned till 0,2 luftomsättningar i timmen vilket motsvarar ca 10 000 kwh per år. En sådan reduktion kan åstadkommas under förutsättning att man installerar ett till- och frånluftsystem som kan balanseras in korrekt. Totalt bör man uppnå ca 70 000 kwh energivinst med dessa åtgärder. 9
Effektivare ventilation Ventilationen är igång dygnet runt oberoende av om någon aktivitet är igång i byggnaden eller ej. Den drivs av ett gammalt, ineffektivt aggregat med en plattvärmeväxlare som återvinningsenhet. Värmeväxlaren har låg verkningsgrad varför den första åtgärden bör vara att sätta timer på ventilationsaggregatet så att det går enbart vid behov, d v s då folk är i byggnaden för övning eller för utryckning. Drifttiden bör reduceras till ca 1 000 timmar per år istället för tidigare ca 8 000 timmar. Energieffektiviseringen är av storleksordningen 14 000 kwh per år. En möjlig negativ effekt är att den ofrivilliga ventilationen ökar något då ventilationsaggregatet är avslaget p g a att det skapas ett större undertryck i lokalen. Åtgärd två är att installera ett modernt värmeåtervinningsaggregat med en verkningsgrad på ca 70 %. Under den tid som ventilationen är i gång så återvinns mera värmeenergi med ett modernt aggregat, motsvarande ca 2 000 kwh. Total energieffektivisering avseende värme- och ventilationssystemet motsvarar ca 90 000 kwh värme per år. Fördelat på 70 000 kwh p g a extraisolering och tätning av byggnaden, 14 000 kwh på grund av tidsstyrd ventilation samt 4 500 kwh i minskad fläktenergi. Om ett modernt ventilationsaggregat installeras bör det fortfarande vara tidsstyrt vilket ger ca 2 000 kwh ytterligare i återvinning av ventilationsvärme om verkningsgraden antas till ca 70 %. Investering Extra isolering samt tätning av glesa partier kring fönster och dörrar bedöms kräva en investering motsvarande ca 300 000 kr. Ett modernt ventilationsaggregat kan kosta ca 100 000 kr inkluderande nya ventilationskanaler. Investeringen är avskriven på 5-7 år med rimliga nivåer på internräntor. Byte av portar Flertalet portar har dålig status, främst vikportarna. Dåliga (glesa) portar förlorar avsevärda mängder värmeenergi. Främst genom att den s k ofrivilliga ventilationen blir större. Varje port har 12 m 2 area vilket betyder att ca 2 000 kwh värme per port kan förloras varje år. Totalt reduceras värmebehovet med ca 6 000 kwh vid byte (tätning) av tre stycken portar eftersom nya portar inte bara är tätare utan dessutom bättre isolerade. Tyvärr är investeringen i nya portar avsevärd. Varje ny port kostar ca 30 000 kr inklusive montering, varför investeringen inte har en rimlig avskrivningstid om inte byggnaden ändå ska renoveras. Tätning av befintliga portar rekommenderas i första hand. Kostnaden för en sådan åtgärd är svår att bedöma men rimligtvis krävs det en arbetsdag per port plus material. Totalt kan kostnaden bli ca 10 000 kr och besparingseffekten ca 4 000 kwh. 10
Effektivisering av övriga elförbrukare Motorvärmare Motorvärmarna drar ca 7 000 kwh per år enligt tidigare bedömning. Åtgärder för att reducera utnyttjandet av motorvärmarna är tveksamma då utnyttjandet är kopplat till personal som har övning eller utryckning. En timer kan dock monteras för att värmarna ska användas mer effektivt. Den reduktion i användning som kan åstadkommas motsvarar kanske ca 2 timmar per dag, vilket motsvarar ca 2 000 kwh i besparing till en väldigt låg investering. Åtgärden är avskriven på ca 3 år. Belysning Belysningen utgörs främst av lysrörslampor som är relativt effektsnåla. Moderna energisnåla armaturer kan reducera elbehovet med 50 %, motsvarande ca 1 000 kwh/år. I första hand bör personalen informeras om vikten av att släcka efter sig då man lämnar stationen så att inte belysningen är påslagen fast det kan dröja flera dagar innan någon är inne i stationen. Kompressor Kompressorn har låg drifttid, varför andra åtgärder än besiktning av eventuella läckage inte kan föreslås. Generellt ska alla tryckluftläckage åtgärdas eftersom investeringen är begränsad och effekten god. Någon kartläggning av läckagen är dock ej genomförd. Men om två små läckage lagas så erhålls en besparing på 3 000-5 000 kr per år för en mycket begränsad insats förutsatt att kompressorn är påslagen hela tiden. Sammanställning av alla föreslagna effektiviseringsåtgärder Förenklad energibalans före åtgärder efter åtgärder El för uppvärmning 90 000 kwh 30 000 kwh El för ventilation 47 000 kwh 18 000 kwh El för motorvärmare 7 000 kwh 5 000 kwh El för belysning 2 300 kwh 1 000 kwh Kompressor 5 000 kwh 1 000 kwh Förbrukningsvarmvatten 2 000 kwh 2 000 kwh Tätning av portar (ingår i vent) - 4 000 kwh Totalt 153 300 kwh/år 53 000 kwh/år Nyckeltal 426 kwh/m 2, år 146 kwh/m 2, år 11
Investering i pelletpanna eller värmepump Kommunen diskuterar en eventuell investering i en pelletpanna, alternativt i en värmepump. Generellt gäller att alla de åtgärder som diskuteras i denna rapport bör genomföras före en sådan investering. De åtgärder som föreslås reducerar det aktuella energibehovet med storleksordningen ca 65 % till ca 53 000 kwh per år. Dagens medeleffektbehov på ca 20 kw och motsvarande toppeffektbehov på ca 40 kw kan reduceras till ca 7 kw respektive ca 20 kw. En investering i panna eller värmepump, efter att de förslagna åtgärderna är vidtagna, minskar naturligtvis det dimensionerande effektbehovet. Det betyder att vi diskuterar en betydligt mindre anläggning efter vidtagna åtgärder, men också en betydligt mindre investering. Naturligtvis är energisparpotentialen betydligt mindre i detta läge eftersom energiåtgången för uppvärmning, ventilation och varmvatten sjunker från 139 000 kwh värme ned till ca 50 000 kwh värme. Men fortfarande är det viktigt att poängtera att ekonomin generellt blir bättre då den nominella effekten för anläggningen minskar. Utredning angående investering i pelletpanna eller värmepump rekommenderas av gruppen, men först efter det att ovan nämnda effektiviseringsåtgärder vidtagits och utvärdering under minst en värmesäsong genomförts. Generellt kan sägas att 50 000 kwh motsvarar det dubbla energibehovet för en villa och investeringen för en värmepump ligger på omkring 200 000 kr. Med en värmefaktor på tre så kräver en sådan pump ca 16 000 kwh el för driften samtidigt som man ersätter 50 000 kwh av värmebehovet. Nettobesparingen motsvarar således ca 34 000 kwh och ger en avskrivningstid på 7-10 år. Detta förutsätter att någon konvertering till vattenburet system inte görs. Kostnader tillkommer för distribution av varmluften i ett kanalsystem samt för ett apparatrum. En pelletpanna kräver ca 150 000 kr i investering och till det tillkommer kostnader för pellets, drift och underhåll motsvarande ca 15 000 kr per år. Kostnader för kanalsystem för varmluften tillkommer samt kostnader för ett pannrum Avskrivningstiden för en pelletpanna bör bli av samma storleksordning, d v s 7-10 år. Sammanfattning av åtgärder De åtgärder som diskuteras i denna rapport är i huvudsak kopplade till byggnadsrelaterade åtgärder för att minska energibehovet för värme och ventilation av lokalen. Få aktiviteter har koppling till verksamheten vid brandstationen. Det finns under alla förhållanden ett antal åtgärder att vidta för att få ner energibehovet. Extraisolering och tätning av byggnadens ytterskal. Effektivisering av ventilationssystemet Effektivare utnyttjande av motorvärmare Byte/tätning av vikportar Effektivare belysning 12
Tillsyn av tryckluftsystemet Sammantaget reduceras el-energibehovet från ca 153 000 kwh per år ned till ca 53 000 kwh, varav 44 000 kwh avser värmeförsörjning och resterande 9 000 kwh direktel. Åtgärder för att effektivisera värme- och ventilationssystemet har störst påverkan ur teknisk/ekonomisk synvinkel och investeringen kan avskrivas på ca 5 år. Men mindre åtgärder för motorvärmare och tryckluftsystem betalas normalt av på mycket kort tid. Investering i ny pelletpanna eller värmepump utreds först efter att de förstnämnda åtgärderna är vidtagna och utvärderade, men är förmodligen lönsamma på tio års sikt. Under förutsättning att mariginalproduktionen av el sker med kol ute i Europa och med en rimlig produktionsverkningsgrad motsvarar reduktionen av elanvändningen med ca 100 000 kwh per år en minskning av CO 2 - utsläppen globalt med ca 100 ton per år. (1 kg CO 2 / kwh el). Om man däremot utgår från den svenska situationen, som är betydligt mer miljövänlig, så motsvarar en elbesparing på 100 000 kwh en CO 2 - reduktion på 3 700 kg (37 gram per kwh). 13