Modellering og analyse av energisystem for en innendørs ishall

Abstract

Det skal bygges flere nye ishaller i Norge de kommende årene, blant annet nye Jordal Amfi. I lys av verdens klimautfordringer er det et tidsriktig energisystem som er planlagt i denne ishallen. Her benyttes det CO2 både som arbeidsmedium og sekundærmedium, samtidig som det er et stort fokus på utnyttelse av varmen fra kjøleanlegget. Systemet benytter også energibrønner for å unngå bruk av høykvalitets energi. Tre dynamiske simuleringsmodeller av et energisystem til en ishall er utviklet i denne oppgaven, med utgangspunkt i det tiltenkte systemet til nye Jordal Amfi. Modellene er utviklet i det Modelica/Dymola-baserte simuleringsverktøyet TIL Suite. De tre modellene er basert på typiske driftsituasjoner for anlegget og skiller seg i hvordan energibrønner blir brukt. I den ene modellen blir energibrønnene brukt som ekstra varmekilde i tillegg til isbanen. I den andre blir de brukt som varmesluk. Den tredje benytter ikke energibrønner, og eventuell overskuddsvarme blir dumpet til uteluften. Det er simulert i fire ulike perioder gjennom driftssesongen fra mai til august med varighet på én uke. Med bakgrunnsmateriale fra forprosjektrapporten til nye Jordal Amfi er det gjort et estimat på varmebehovet i disse periodene. Estimatene tilsier at gjennom driftssesongen vil det knapt være overskuddsvarme, og det et stort behov for en ekstra varmekilde for å dekke varmebehovet gjennom sesongen. Dette resulterte i at modellen med energibrønner som varmesluk ikke ble benyttet. Det ble beregnet en gjennomsnittlig effektfaktor (COPkjøl) i hver periode fra simuleringene. Den laveste er på 2,17 i august, mens den høyeste er registrert til 2,56 i november. I november og januar ble det benyttet energibrønner som ekstra varmekilde, der bidraget fra de var på henholdsvis 70 kW og 160 kW for å møte varmebehovet. Det er beregnet til at anlegget skal yte 168 kW uten bidrag fra energibrønner. Det er omtrent hva som er maksimalt samtidig varmebehov i august og mai. Det ble derfor i disse periodene ikke brukt energibrønner som ekstra varmekilde, men det ble levert kun 141 kW og 145 kW i disse periodene. Årsaken til dette avviket tilskrives simuleringsproblemer med luftkjøleren som resulterte i en lavere total varmeleveranse. Energibrønnene sto i november og januar for henholdsvis 38 % og 57 % av den totale energien fra fordamperne. Med tanke på at det skal bygges flere nye ishaller er simuleringsmodellene konstruert på en slik måte at de kan benyttes i arbeidet med andre anlegg. Dette gjøres ved å justere modellen til andre ytelseskrav, e.g. forskjellig fordamperytelse, varmtvannsbehov, istemperatur og behov for bygningsoppvarming. Resultatene viste at det er et behov for en ekstra varmekilde utenom isbanen gjennom store deler av sesongen, og en klimanøytral og rimelig løsning som energibrønner vil være avgjørende for energiregnskapet og driftskostnader. Videre er det avdekket utfordringer med simuleringsmodellene slik at en videreutvikling er nødvendig for å øke nøyaktigheten rundt resultatene.