Show simple item record

dc.contributor.advisorEikevik, Trygve Magnenb_NO
dc.contributor.authorErstad, Magnus Grøttumnb_NO
dc.date.accessioned2014-12-19T11:50:37Z
dc.date.available2014-12-19T11:50:37Z
dc.date.created2013-09-02nb_NO
dc.date.issued2013nb_NO
dc.identifier644982nb_NO
dc.identifierntnudaim:9596nb_NO
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/235097
dc.description.abstractI 2007 rapportertes det om at bruk av fossil energi til oppvarming, og andre formål i bygg (stasjonær forbrenning), stod for en tredjedel av klimagassutslippene i Osloområdet. Dette alene sier noe om markedet for konvertering fra oljekjel som grunnlast i bygg. Fra politisk hold er det lagt føringer om utfasing av oljekjel som grunnlast i større bygg innen 2020. Den positive miljøgevinsten av en slik storstilt utfasing kan potensielt bli enorm dersom det konverteres fra oljefyr til rett grunnlastkilde. Her er varmepumpen i særklasse, dette på grunn av dens fordelaktige effektfaktor. Denne gir potensialet for en betydelig netto inntjening sammenlignet med varmepumpens mest utbredte alternativer. Utfordringen med å implementere varmepumpe som grunnlasterstatning for oljekjel i et eksisterende varmesystem, er temperaturnivået. Ettersom oljekjel dekker et varmebehov ved forbruk av ren eksergi spiller det ikke så stor rolle hvilket temperaturnivå den opererer med. Varmepumpen benytter derimot både anergi og eksergi, og dermed er nødvendig temperaturnivå den må levere varmen ved, avgjørende for dens effektfaktor. Ved et omleggingsprosjekt er det dermed ønskelig å senke temperaturer i eksisterende distribusjonssystem, slik at det blir tilrettelagt for effektiv drift av varmepumpen. Nødvendig temperaturløft blir også avgjort av varmepumpens varmekildetemperatur, hvor jevnt høyt temperaturnivå over året er ønskelig. I kalde strøk kommer dermed uteluft dårlig ut som varmekilde, sett i forhold til varmepumpens ytelse. I valget av varmepumpens arbeidsmedium må spesielt termodynamiske, praktiske og miljømessige egenskaper vektlegges. Det er fordeler og ulemper med alle medier, og dette definerer deres bruksområde. Dermed er en lokal vurdering av behov og forhold viktig i hvert enkelt konverteringsprosjekt. For å dimensjonere varmepumpen kan tabulerte-, simulerte og erfaringsverdier benyttes. Sammen med lokalt klima og varmepumpens ytelseskarakteristikk kan dette benytte til å si noe om forventet årlig varmeproduksjon fra varmepumpen. Beregnes varmepumpens effektfaktor, kan årlig energiinnsparing som følge av varmepumpen beregnes, noe gir grunnlag for en lønnsomhetsanalyse av et gitt varmepumpeprosjekt. For en slik analyse må i tillegg investeringskostnad, avkastningskrav og varmepumpens levetid fastsettes.Det skilles mellom temperaturregulert- og mengderegulert distribusjonssystem av varme. Ved førstnevnte styres temperaturer i hovedsak ved å blande vannmengder med forskjellig temperatur. Dette utgjør et eksergitap, som er lite ønskelig med varmepumpe som grunnlast. Mengderegulering er derfor ansett som et bedre alternativ kombinert med varmepumpedrift, men en omlegging til dette fra tradisjonell temperaturregulering vil medføre kostnader. Dersom varmepumpen kun har mulighet for effektregulering gjennom start og stopp av drift må akkumuleringsvolum vurderes sammen med varmepumpen, dette for å oppnå jevnere drift. For å tilpasse eksisterende beredersystem for oppvarming av tappevann til et varmepumpeanlegg må systemet normalt inndeles i minst et forvarme- og et ettervarmevolum. Varmepumpen dekker forvarmingen, mens ettervarmevolum dekker ytterligere nødvendig temperaturøkning.Saksstudiet i oppgaven dreier seg om konvertering fra oljefyr til varmepumpe ved varmesentralen i Rendalen sykehjem. Varmesentralen står for oppvarming av en total bygningsmasse på 5600 m$^2$, bestående av fire bygg. Varmebehovet blir dekket av en oljekjel på 925 kW, samt to elektrokjeler på 180 og 225 kW. Distribusjonssystemet er temperaturstyrt med konstante vannmengder. Direkte og indirekte forsyner det totalt seks radiatorkretser, åtte ventilasjonsbatterier, samt dekker tappevannsoppvarming for en del av bygningsmassen. Det eksisterer delvis utetemperaturkompensering av turtemperaturen i systemet. Den største andelen av ventilasjonsaggregatene styrer etter konstant temperatur på levert tilluft. Turtemperatur til radiatorkretser er lagt opp til å styres etter utetemperatur, men i noen av kretsene er dette systemet ute av drift. Ved befaring til sykehjemmet i 2013 ble det montert måleutstyr for temperaturmålinger på strategiske punkter i systemet, dette for å avdekke lavest mulig temperaturnivå i varmesystemet. Antall målepunkter var ikke tilstrekkelig for å få en fullstendig oversikt over hele systemet, men det konkluderes med at temperaturnivået mest sannsynlig kan stilles ned fra dagens utekompenserte 80/60$^{\circ}$C-system til et 70/50$^{\circ}$C-system.Basert på målte og tabulerte verdier er maksimalt effektbehov for varmesystemet anslått til 540 kW. Til dette varmesystemet anbefales det en 1-trinns varmepumpe med 25 bars trykklasse og R134a som arbeidsmedium. Denne varmepumpen antas å kunne gi en maksimal turtemperatur fra varmeveksling i kondensatoren på 55$^{\circ}$C. Med gjeldende lokal graddagskurve kan varmepumpen da levere tilstrekkelig turtemperatur til varmesystemet ned til -12$^{\circ}$C utetemperatur, og blir etter effekt-varighetskurven derfor dimensjonert til 300 kW ved 0$^{\circ}$C utetemperatur. Varmepumpen beregnes da til å kunne dekke 1.305.000 kWh av et årlig varmebehov på 1.400.000 kWh. Den vil dekke kravet til Rendalen kommune om årlig energisparing på 750.000 kWh i forhold til eksiterende varmesystem. Eksisterende oljekjel anbefales beholdt som spisslast over vinterhalvåret, mens en eksisterende elektrokjel anbefales til å dekke mindre effekttopper som spisslast, og ellers fungere som backup. Konvertering av oljekjel til fyring med bioolje anses som uforholdsmessig kostbart på grunn av oljekjelens lave driftstid som spisslast, og anbefales dermed ikke.Det anbefales innkjøp av to nye bereder med elkolber for å gi tilstrekkelig ettervarmevolum i en anbefalt omkobling av eksisterende beredersystem. Varmepumpe da skal her dekke forvarming. Distribusjonssystemet bør endres til å operere med mengderegulering, hvor turtemperaturen fra varmesystemet bør utetemperaturkompenseres. Sammen med grunnvann som anbefalt varmekilde, samt estimerte kostnader knyttet til varmepumpen, gir dette en estimert investeringskostnad på totalt 1.365.000 NOK. Energisparingen som den anbefalte varmepumpeløsning vil føre med seg, sett sammen med estimert energipris, gir en netto inntjening per år. Basert på denne og investeringskostnaden beregnes netto nåverdi på prosjektet, med grunnvann som varmekilde, til 3.758.318 NOK. Forventet inntjeningstid på investeringskostnaden er 3 år. Basert på disse tallene anbefales det å gjennomføre prosjektet. Dersom grunnvannsundersøkelser ikke fører frem, og bergvarme må benyttes som varmekilde, vil investeringskostnaden stige. Dette kan gi en negativ nåverdi. I et slikt tilfelle, med beregnet lav eller negativ lønnsomhet, anbefales det å søke Enova om investeringsstøtte.nb_NO
dc.languagenobnb_NO
dc.publisherInstitutt for energi- og prosessteknikknb_NO
dc.titleRehabilitering av større oljefyrte varmesystemer for implementering av varmepumpenb_NO
dc.title.alternativeRehabilitation of extensive oil-fired Heating Systems due to implementation of Heat Pump Technologynb_NO
dc.typeMaster thesisnb_NO
dc.source.pagenumber173nb_NO
dc.contributor.departmentNorges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi, Institutt for energi- og prosessteknikknb_NO


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record