Smart thermal grid concepts for the Leangen area
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2620432Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
SammendragLeangen består for øyeblikket av en veddeløpsbane. Koteng Eiendom AS planlegger årive banen, for å deretter bygge et bærekraftig boligområde med lavt energiforbruk ogklimavennlig fotavtrykk. Byggeplanene inkluderer boliger og næringsvirksomhet, itillegg til helse- og velferdstjenester som barnehage og vernede boliger.Veddeløpsbanen ligger ved siden av et idrettsanlegg, som blant annet består av flereisbaner. For å holde isbanene kalde er det installert en ammoniakkvarmepumpe.Informasjon fra kontaktpersoner ved dette anlegget viser at anlegget produserte 4 152116 kWh med spillvarme i 2018. Dette betyr at det ligger en uutnyttet varmekilde medstort potensial i nærheten av Leangen. En mulighet for å dekke Leangens fremtidigevarmebehov er derfor å bruke denne overskuddsvarmen som varmekilde, sammen medet lokalt lavtemperaturenerginett. Intensjonen med oppgaven er å utforske nettoppdenne mulighetenEttersom bygningsplanene enda ikke er fastsatt, er det valgt å designe en fiktiv bygningsom skal representere den gjennomsnittlige boligblokken på Leangen. Energibehovet fordenne bygningen er en kombinasjon av varme- og varmtvannsbehovet fra enpassivhusbygning i Trondheim og simulerte kjølebehov fra SIMIEN.For å best mulig dekke bygningens varmebehov ved bruk av skøytebanenes spillvarme,er det utviklet er energidistribusjonssystem. Systemet fokuserer på å brukevarmtvannet fra lavtemperaturnettet, både i et vannbårent gulvvarmesystem og somvarmekilde for en varmtvannsvarmepumpe. Gulvvarmen skal dekke alt avromoppvarming og en 𝐶𝑂2 varmepumpe skal dekke varmtvannsbehovet. Denrepresentative bygningen har i tillegg et betydelig kjølebehov. Det er derfor installert etvannbårent taksystem som absorberer den overflødige varmen i bygget. Dette er koblettil varmepumpen som ekstra varmekilde for varmtvannsoppvarming.Resultatene viser at spillvarmen fra skøyteanlegget ikke vil være nok til å dekkeLeangens varmebehov. Bygningens energidistribusjonssystem ble derfor justert til åkunne inkludere energigjenvinning fra gråvann. Innledningsvis ble det sett påmulighetene for å samle gråvannet fra den individuelle bygningen, og deretter koblegråvannstanken til varmepumpen som en ekstern kilde for varmtvannsoppvarming.Dette førte til en betydelig reduksjon i behovet for spillvarme fra skøyteanlegget.Reduksjonen var imidlertid ikke nok til å kunne dekke det totale varmebehovet. Påbakgrunn av dette ble det sett på mulighetene for å samle den totale gråvannsmengdenfra boligområdet. Ved å samle dette i et sentralt basseng/tank og så koble det tillavtemperaturnettet via en varmepumpe, ble det totale behovet for spillvarme nok til ådekke det årlige vamebehovet. Selv om denne løsningen dekket det årlige behovet totalt,var varmebehovet i januar fortsatt større enn den tilgjengelige spillvarmen. En muligløsning er å koble lavtemperaturnettet til fjernvarmenettet. Dette medfører atfjernvarme kan importeres når spillvarmen ikke strekker til.På tross av at varmebehovet i januar er for stort til å kunne dekkes av den tilgjengeligespillvarmen, vil det resten av året være et stort overskudd av spillvarme, inkludertdesember. Dette muliggjør en eventuell lagring av overskuddvarme i et termisk lager forsenere bruk. Dersom overskuddsenergien i desember kan lagres for senere bruk, er detmulig å bruke desembers overskudd til å dekke mangelen på spillvarme i januar. AbstractAt the present, Leangen is occupied by a race course. Koteng Eiendom AS are going todemolish it and build a sustainable community with a low environmental footprint in itsstead. The construction plans for this area include housing and businesses, in additionto public services such as a kindergarten and a health and welfare center.Next to the racecourse is a sports facility containing several ice rinks. To keep the rinkscold, the facility has installed a large ammonia heat pump. Information provided by acontact person at the facility shows that the heat pump system produced a total of 4 152116 kWh of waste heat in 2018. The excess heat was released into the ambient airthrough dry coolers on the roof. This means that there is a local source of untapped heatnearby ready to be exploited. A possible way of covering Leangens future residentialheating demand can therefore be to use the skating rinks as a heat source incombination with a low temperature thermal grid. The objective of this assignment is toexplore this very option.Given that the construction plans are not yet definitive, it was decided to design a fictivebuilding representing the average residential building at Leangen. The buildingsdemands are a combination of the hot water- and space heating demands from anotherpassive house building in Trondheim. The cooling demands are a result of simulations inSIMIEN.To cover the demands by way of the Sports facility’s waste heat, an energy distributionsystem for the representative building was designed. The system focuses on applying hotwater from the low temperature thermal grid as the source for both a waterborne floorheating system and as the heat source for hot water heating. The floor heating system isset to fully cover the space heating demands, while a CO2 heat pump covers the hotwater demands. The representative building also has a considerable need for cooling.The distribution system covers the cooling demand by way of a waterborne ceilingsystem. This is connected to the heat pump as an extra heat source for hot waterheating.The results showed that it is not possible to cover Leangens heating demands by usingthe waste heat from the skating rinks alone. It was therefore decided to adjust theenergy distribution system, making it able to include heat recovery from greywater aswell. Initially, greywater from each building was accumulated in greywater tanksconnected to the hot water heat pump as an additional heat source. This reduced eachbuildings energy consumption from the low temperature thermal grid. Even so, thisreduction was not enough for the sports facility’s waste heat to suffice. Subsequently,the accumulation of the entire residential area’s greywater production was explored. Itwas discovered that by accumulating this in a centralized pool and connecting it to theLTTG with a heat pump, the greywater potential increased tremendously. When thegreywater energy was directly imported into the LTTG the total annual available wasteheat was enough to cover the annual waste heat consumption. However, the waste heatconsumption in January still exceeded the available waste heat. A proposed solutionwas to connect the LTTG to district heating. The district heating could thus be anemergency heat source for when the system is at a lack of waste heat.Even though the consumption in January exceeded the available waste heat, there wasa considerable excess of waste heat the rest of the year. This includes December. If theexcess energy in December can be stored for later use, this can cover the expected deficitin January.