Unikt energianlegg

Bildet: Kuldelagringstanker løftes på plass ved det nye høgskolebygget i Bergen. (Foto: Statsbygg)

28.03.12: Statsbygg installerer hypermoderne energianlegg ved det nye høgskolebygget i Bergen.

Publisert: 28 Mar 2012

28.03.12: Statsbygg installerer hypermoderne energianlegg ved det nye høgskolebygget i Bergen.

Statsbygg er i gang med det første bygget som kombinerer stor brønnpark, kuldelager og indirekte adiabatisk forkjøling. I det nye høgskolebygget på Kronstad er det installert 81 brønner, hver på 220 meter, tre kjølemaskiner/varmepumper og fire svære kuldelagringstanker på til sammen 250 m3. Fjernvarme fra BKK sitt forbrenningsanlegg i Rådalen er installert for å dekke topplast/reservelast. I tillegg benyttes indirekte adiabatisk forkjøling på ventilasjonsanlegget for å senke energibehovet ytterligere.
Vannbåren varme fører varmen ut til radiatorer og gulvvarme. Kjøling foregår via ventilasjonsluften og bruk av fancoils og små omrøringsaggregat.

Energi og effektbehov
Bygget har et dimensjonerende kjøleeffektbehov på 3.000 kW og et kjøleenergibehov på 1. 060.000 kWh.
Bygget har et dimensjonerende oppvarmingsbehov på 2.830 kW og varmeenergibehovet til romoppvarming og oppvarming av ventilasjonsluft er 2.600.000 kWh. Setter man dette i perspektiv
tilsvarer oppvarmingsbehovet på Høgskolen til en installert effekt i 1000 eneboliger, og kjølebehovet til 4000 kjøleskap.
Når et vanlig kjøleanlegg er i drift dumpes det mye varme ut av bygget. Ideen med å bruke et varmelager i grunnen er å ta vare på denne varmen og bruke den om vinteren hvor det er varmebehov – et termisk lager. Dette gjøres ved å reversere funksjonen til kjølemaskinen, slik at den fungerer som en varmepumpe og dermed henter opp den varmen som er blitt lagret i løpet av sommeren.

Årstidslagring
Den grunnleggende tanken bak designet av de termiske energianleggene på Høgskolen i Bergen er å holde på den energien som er sendt inn i bygget. Det betyr å flytte overskuddsenergi, altså fra hvor det blir for varmt, til områder hvor man trenger energi, eller eventuelt å gjemme energien til det blir kaldt og man har et behov. Denne filosofien er styrende for mange av valgene som er tatt underveis i prosjekteringen, og første tanke som dukker opp er bruk av årstidslagring av energi.
Dette kommer av at om sommeren har bygget et kraftig varmeoverskudd, dels fra sol og temperatur ute, men også fordi lys, PC og folk avgir mye varme. Denne varmen må fjernes, og til dette brukes primært ventilasjonsluft. Ventilasjonsluften hentes utefra, kjøles ned til ønsket temperaturnivå og blåses inn i oppholdssonene. Her blir luften varmet opp og trekkes etterpå ut.

Overskuddsvarme
Avkjøling av frisk luft ned til en passende temperaturer krever mye energi, og tanken er da, at kan vi gjemme den til om vinteren vil vi kunne spare en del. Men hvordan lagre varmen?
Her kommer bruken av fjellgrunnen under høgskolen inn. Kunne man varme opp grunnen under høgskolen, vil man via en varmepumpe kunne hente den ut igjen om vinteren.
Ser man nærmere på dette vil en slik løsning, hvor all overskuddsvarme pumpes ned i grunnen, bety at det skulle bores svært mange hull. For å kunne kvitte seg med varmen trengtes cirka 180 hull a 220 meter, hvor vi bare trengte ca. 80 hull a 220 meter for å kunne fø varmepumpen. 180 eller 80 -hva skal vi velge? Om vi velger 80 hull, vil vi være nødt til å blåse mye varme ut over tak, men 180 hull vil bety en voldsom investering, for en situasjon som vi kun har ca. 50 timer hvert år.

Hindrer støy
Hvordan får vi til å kunne nøye oss med 80 hull, men likevel ta vare på all overskuddsvarmen? Svaret er at vi er nødt til å bryte bindingen mellom kjølebehov og kuldeproduksjon. Dette gjøres ved å bruke et kuldelager – på HiB 4 store tanker på totalt 250 m3. Med andre ord produseres mer kulde enn behovet i noen perioder av døgnet, dette lagres i tankene, “banken”, og når behovet er større enn produksjonskapasiteten trekkes kulde ut av “banken”. Kjølebehovet i bygget er ca. 3 000 kW, men ved å velge oppbyggingen med kuldelager oppnår vi følgende:

• Kjølemaskinkapasiteten reduseres til 1 400 kW (53% reduksjon)

• All overskuddsvarmen kan fanges opp i en brønnpark som er tilpasset varmepumpedrift. Ingen stygge og støyende installasjoner på taket.

• Kjølemaskinene er mye bedre tilpasset optimal drift som varmepumpe. Anlegget har også mulighet til frikjølingssystem, da kan vi veksle direkte mot brønnparken og trenger ikke kjølemaskinene.

Nybrotsarbeid
Ved å benytte kuldelagring på Høgskolebygget tar Statsbygg i bruk en velkjent løsning fra industrien og planter over i bygg – og anleggsbransjen. Metoden som har vært brukt i mange år i industriell kjøling, hvor man har veldigkraftige kortvarige behovspulser. I tillegg er teknologien mer utbredt i sørlige deler av Europa der eltariffene varierer i løpet av døgnet, og man anvender teknikken med kuldelagringstankerslik at kulden produseres om natten, hvor strømmen er billigst, for etterpå å bli brukt om dagen. Kuldelagringstankene reduserer installert kjøleeffekt betydelig. Dette gir samfunnsmessig betydning i forhold til mindre tilført energi til bygget, overføringskapasitet og infrastruktur, samt reduserte rørinstallasjoner inne i bygg.

Brønnparken
En energibrønn er et borehull i bakken som benytter fjellgrunnen som energikilde. Brønnene er 220 meter dype, og er plasserte i rektangulær formasjon med 7, 2 meters mellomrom for å skape et varmelager i berggrunnen. Temperaturen i grunnen er stabil gjennom heile året og har en naturlig temperatur på om lag 8-9 grader. Vann/glykol sirkulerer gjennom doble kollektorer/rør som er plassert som en slynge ned i brønnene. Her varmeveksler vannet med omgivelsene nede i brønnen og transportere bergvarmen opp til varmepumpe/kjølemaskin. Om man i større bergvarmesystemer ikke sørger for tilskudd av varme vil brønnparken bli utarmet, eller tappet for så mye varme i løpet av få år, at gevinsten ved å bruke varmeopptaksbrønner forsvinner.

Varmepumpe/kjølemaskin
Varmepumpe og kjølemaskin er samme maskin, som navnet tilsier kalles det kjølemaskin i kjølemodus og overskuddsvarmen inne i bygget dumpes ned i brønnene, og varmepumpe når denne varmen hentes opp igjen. Det er installert tre kjølemaskiner på totalt 1 400 kW, med en varmeCOP på 4,2. Det vil si at for hver 1 kW elektrisitet man tilfører kjølemaskinen får man ut 4,2 kWh varme ut fra varmepumpen. Sesongenergilager gjør at varmepumpen har bedre COP om vinteren.

Kuldelagringstanker
Kuldelagertankene inneholder ca. 11000 kWh, og når behovet er størst vil man trekke cirka 1600 kW ut til å dekke det behovet som kjølemaskinene ikke kan dekke. Kuldelagringstankene inneholder smeltestoff som smelter ved 10 °C. Ved å bruke kuldelagringstankene har vi mer enn halvert installert kjøleeffekt.

Adiabatisk kjøling
Adiabatisk kjøling er inkludert i 14 aggregater for å redusere nødvendig installert kjøleeffekt i anlegget. I alle moderne ventilasjonsaggregater finnes det nokså effektive varmegjenvinnere, som overfører varme fra avtrekksluften til den friske luften på vei inn. Ved å bruke indirekte adiabatisk forkjøling bruker man disse, bare med motsatt fortegn. Vi senker temperaturen på avtrekksluften ved å tilføre fuktighet til luften. Denne blir da kaldere enn den friske luften, og ved å bruke varmegjenvinneren vil friskluften bli avkjølt. Denne installasjon vil ytterligere senke behovet for mekanisk produsert kulde, i dette tilfelle reduserer vi behovet med cirka 40 prosent på kuldeeffekten og cirka 30 prosent på kuldeenergien.

Energioppfølging
Det legges opp til aktiv oppfølging av energiforbruket. Bygget blir også utrustet med en rekke (180) energimålere slik at energipostene skal kunne dokumenteres i henhold til NS3031. På denne måten får driftspersonalet et godt verktøy for å kunne følge opp energibruken i byggene.

Kilde: Statsbygg