Analyse av varme- og kjølesystemet ved Miljøhuset GK

Abstract

Bakgrunn og formål Det er eit politisk mål å auke energieffektiviteten i norske bygg. Det er venta at den komande TEK15 vil sette energikrava til passivhusnivå, og at dette vil endre rammevilkåra til systemet for den termiske energiforsyninga. Formålet med denne oppgåva har vore å auke kunnskapen om energieffektiviteten til varme- og kjølesystem i kontorbygg med passivhusstandard. Eit eksempel-studium av kontorbygget Miljøhuset GK har blitt gjort: På bakgrunn av befaringar, system-studium og måledata, har bygget sitt varme- og kjølesystem blitt analysert.

Varme- og kjølesystemet i Miljøhuset GK Bygget har fleire utradisjonelle systemløysingar. Både oppvarming og klimakjøling blir distribuert via ventilasjonslufta. Den termiske produksjonen blir dekt av to luft/væske-varmepumper, ei dedikert serverkjølemaskin, og elektrisk spisslast. I tillegg har bygget eit «ein-sone-system», som inneber at energisentralen berre leverer varme eller kjøling, avhengig av det dominerande behovet.

Varme- og kjølebehovet i Miljøhuset GK Energimålingar for både 2013 og 2014 viste fleire store avvik mellom det reelle- og berekna termiske behovet. Mellom anna har oppvarmingsbehovet (17,6 kWh/(m2år)) vore 4 gongar større, og fyringssesongen (5800 timar) vore dobbelt så lang som berekna. Samtidig har effektbehovet for både oppvarming og klimakjøling vore minst 36% lågare enn berekna. Serverkjøling har utgjort heile 70% av bygget sitt totale kjøleenergi-behov.

Systemytingar i Miljøhuset GK Bygget sitt totale straumforbruk har vore 1,1 GWh/år, eller 78 kWh/(m2år). 25% av dette har gått til energisentralen. Av denne andelen har 24% gått til teknisk utstyr som pumper og tørrkjølar, og 20% har gått til el-kolben i varmtvassystemet. Energisentralen har hatt ein samla årleg energifaktor på 2,3. Dette inkluderer pumpe- og tørrkjølararbeid. Til samanlikning har varmepumpe-aggregata hatt ein varme- og kjølefaktor på høvesvis 2,2 og 3,3. Desse uteluft/væske-aggregata har ytt vesentleg dårlegare i varmemodus, fordi temperaturløftet i snitt har vore 25 K høgare enn i kjølemodus.

Optimalisering av noverande system ved Miljøhuset GK Fleire forbetringstiltak har blitt vurdert. Ein reguleringsfeil har ført til eit vesentleg varmetap frå varmtvasstankane. Det er tilrådd å gjere ei enkel ombygging, som vil halvere el-kolben sitt straum-forbruk. I tillegg er det tilrådd å utvide måleopplegget for både varmepumpene og serverkjølemaskina. Det har og blitt avdekka fleire ugunstige systemløysingar som aukar varmepumpene sitt temperaturløft, men det er ikkje tilråda å bygge om desse: Det er fordi tiltak som senkar turtemperaturen i fyringssesongen vil gi ei straum-sparing på vel 2 MWh/år per K. Dette er for små innsparingar til at ei ombygging kan bli lønsam.

Vurdering av alternative systemløysingar for Miljøhuset GK Det vart gjort fleire eksempel-studium av alternative systemløysingar. Formålet med dette var å talfeste kor mykje energi og kostnader ein har spart med bygget sine uvanlege løysingar, men og kor mykje ein kunne spart ytterlegare med andre løysingar. Ved å distribuere oppvarming via ventilasjonslufta i staden for radiatorar, har straumforbruket blitt redusert med vel 1-2 kWh/(m2år). Det er fordi turtemperaturkravet har blitt senka. Likevel har den største forskjellen vore ein reduksjon i investeringskostnadane på minimum 2 000 000 NOK.

Gjenbruk av overskotsvarmen frå serverkjølinga har dekt 40% av bygget sitt varmebehov, og gitt ei straumsparing på 1,3 kWh/(m2år). Samtidig kunne ein spart heile 19 kWh/(m2år) dersom serversystemet hadde blitt outsourca, fordi servereffekten utgjer 20% av bygget sitt totale straumforbruk. Det er uvisst om dette er lønsamt, fordi det ikkje har lukkast å skaffe prisar på såkalla «sky-tenester». Det er heller ikkje gitt at ei outsourcing gir straumsparing frå eit samfunnsperspektiv. Dette krev at leverandøren kan drive meir energieffektivt enn eit lokalt serversystem.

Tilrådingar for framtidige kontorbygg av passivhusstandard På bakgrunn av erfaringar frå arbeidet med Miljøhuset GK, blir det mellom anna gitt følgjande tilrådingar for termisk energiforsyning i framtidige kontorbygg av passivhusstandard:

Kostnader: Dersom forslaget til nye TEK15 blir vedteke, vil reguleringa av direkteverkande elektrisitet bli avvikla. Då må ein fokusere på låge investeringskostnader for energieffektive systemløysingar, for å kunne konkurrere mot direkte elektrisk oppvarming.

Enkle løysingar: Kompliserte anlegg aukar risikoen for driftsfeil. I tillegg har vi sett at straumforbruket i pumper kan bli vesentleg. «Forenkla systemdesign» som fører til færre pumper, mindre trykktap og eit lågare pumpearbeid, kan tenkast å gi like god straumsparing som eit «komplisert system» med fokus på optimal varmepumpedrift.

Termiske kjelder: Det vert tilrådd å nytte uteluft som termisk kjelde for å halde investeringskostnadene nede, sjølv om dette gir ugunstige temperaturløft for varmepumpene. Denne ulempa kan delvis bli kompensert for ved å nytte ventilasjonsbasert varmedistribusjon med låge turtemperaturar.

Distribusjonssystemet: Det vert tilrådd å distribuere oppvarming og klimakjøling via ventilasjonslufta, fordi det reduserer både straumforbruket og investeringskostnadene. Ved behov bør det samtidig leggast til rette for eit soneinndelt ventilasjonssystem, og ein energisentral som kan levere både varme og kjøling til ventilasjonsaggregata. Dette gir bygget ein større fleksibilitet til å takle lokale variasjonar i det termiske behovet.

Serversystem: Det er svært viktig å avklare tidleg i planleggingsfasen om bygget skal ha eit eige serversystem. I så fall bør ein legge opp til gjenvinning av servervarmen. Serverkjøling og varmtvatn er «konstante» behov som med fordel kan utfylle kvarandre.

Måleopplegg: Alle aggregat bør ha eit måleopplegg for både temperaturar, termisk produksjon, straumforbruk og kompressordrift. Dette bør loggførast med eit maksimalt intervall på 5 minutt. Temperatursensorar bør i tillegg ha ei maksimal oppløysing på 0,1 K, fordi trenden går mot lågare temperaturdifferansar i varme- og kjølesystemet. Grovare oppløysing vil gi svært stor usikkerheit i målingane.