- Det å bruke vann som kuldebærer i energibrønner, er en spesiell løsning, sa sivilingeniør Marie Garen Aaberg i Ingenia AS da hun presenterte sin masteroppgave “Analyse av termisk energiproduksjon ved Swecobygget ”på Varmepumpekonferansen i mars.
- Vann i kollektorslangene ga et lavere effekt- og energiuttak fra energibrønnene, enn det som er vanlig hvis man bruker etanol, sa Aaberg.
Grunnen til at vann ble brukt, kan være at det har en høyere termisk konduktivitet.
- Det vil si at vann har den fordelen at det kan overføre noe mer varme, sa Aaberg. - I tillegg slapp de å bruke en varmeveksler ekstra, i forhold til det de måtte ha brukt hvis de hadde brukt etanol i kollektorslangene. På kjølekretsen måtte man ha hatt en egen veksler mellom etanol og vann. Det slapp de ved å bruke vann, og det ga en økonomisk besparelse. Men, totalt sett hadde det vært en økonomisk fordel å bruke etanol som kuldebærer i Swecobygget, sa Aaberg.
- Brønnparken i Swecobygget består av 15 energibrønner med en dybde på 220 meter. Det er valgt å bruke glattrørskollektorer, men det burde ha vært valgt turbokollektorer, sa Aaberg.
Brønnene er boret rundt tre av sidene av bygget. Det går en ledning inn i første underetasje, hvor de blir koblet sammen på en felles ledning som går inn til tredje underetasje og ned i teknisk rom.
- Dette er en frostsikker løsning på grunn av at det er valgt vann som kuldebærer, sa Aaberg.
Underdimensjonert brønnpark
- Når vi ser på løsningen som er valgt, der det er brukt vann som kuldebærer, så er brønnparken underdimensjonert. Da jeg simulerte over en periode på 25 år, kom temperaturen i brønnene ned i 1,8 grader celsius. For vann er nedre temperaturgrense på tre grader for å hindre utfrysing av brønnene, sa Aaberg. - De burde ha hatt 18 energibrønner totalt, ikke 15, for å unngå å komme under tre grader.
Stor besparelse med etanol som kuldebærer
- Hvis det hadde vært brukt etanol som kuldebærer istedenfor vann, kunne de gått mye lavere ned i temperatur, fordi temperaturgrensen til etanol er lavere. Da kunne man ha redusert antallet brønner til ti, noe som ville ha gitt betraktelige besparelser i investeringer i brønnparken, sa Aaberg.
Lavt effektuttak
Det er betydelig lavere effektuttak fra energibrønnen i Swecobygget enn det som er vanlig.
- Dette skyldes sannsynligvis at det er brukt vann i kollektorslangene. Vi har målt maks effektuttak fra energibrønnene til 13,1 watt per meter. Typiske verdier er 25 til 35 watt per meter, sa Aaberg.- Det er 70 prosent lavere effektuttak enn det som er vanlig.
- Energiuttaket per brønn var på cirka 31 kWh per meter per år, mens vanlig verdi ville vært 100 kWh per år. Det er også betydelig lavere enn normalt, sa Aaberg.
Amoniakkvarmepumpe med stempelkompressor
I Swecobygget er det montert et spesialtilpasset innkapslet aggregat med en amoniakkvarmepumpe som er laget av NH3-solutions. Varmepumpen er dimensjonert ut ifra et kjøleeffektbehov på 195 kW. Det er brukt en stempelkompressor med turtallsregulering.
- Et varmepumpeaggregat med ammoniakk er veldig bra, det må vi få mere av, sa Aaberg. -I tillegg har anlegget den beste kompressor- og reguleringsteknologien. Dette er et miljøvennlig og høyeffektivt varmepumpeaggregat.
Et innkapslet aggregat gir god sikkerhet ved en eventuell ammoniakklekkasje. Ved et eventuelt utslipp eller en lekkasje, vil ammoniakken samles opp i bunnen av aggregatet. I tillegg er det montert en avtrekksventil.
Moderat COP
Målingene som Aaberg utførte i forbindelse med sin masteroppgave, ble foretatt i 2018. SCOPen for 2018 var på 3,4.
- Dette er en moderat verdi for en ammoniakkvarmepumpe, sier Aaberg. - Vi undersøkte hva som kunne være årsaken til dette. Det ble blant annet sett på om temperaturløftet kunne ha betydning. Økt temperaturløft ville ha gitt et økt effektbehov for varmepumpen, som igjen ville ha gitt en lavere COP, sa Aaberg.
Aaberg sjekket noen kalde dager i 2019, og så en sammenheng. Ved et lavt temperaturløft er det høyere COP og ved høyere temperaturløft var det lavere COP.
- Men, COPen var lavere enn den burde ha vært ut ifra temperaturløftene, spesielt når man så på hele året under ett. Den kunne ikke forklare hele avviket, sa hun.
Stempelkompressorer med turtallsregulering og amoniakkvarmepumper har en veldig høy effektfaktor ved dellastregulering, men ved ytelser under 40 prosent vil effektfaktoren gå ned.
- Når det driftes på lav ytelse blir COPen lavere. Varmepumpen i Swecobygget ble aldri driftet over 60 prosent, og gjennomsnittet over året lå på 24 prosent, sa Aaberg.
To kompressorer, en god løsning
- I Swecobygget hadde det vært en bedre løsning med to mindre kompressorer med turtallsregulering, enten med ammoniakk eller propan som kuldemedium, sa Aaberg. - Det ville gitt et anlegg med mye bedre dellastegenskaper. Da kunne man ha driftet den ene kompressoren ved et lavt effektbehov, og begge i de tilfellene effektbehovet hadde vært høyt.
Energidekningsgrad 80-90 prosent
Energidekningsgraden i anlegget i Swecobygget ligger på 80 til 90 prosent. Det skyldes at temperaturgrensen på varmepumpen er 48 grader, mens varmesystemet er et 60/40- anlegg.
- Derfor klarer ikke varmepumpen i store deler av året å dekke det temperaturbehovet som oppvarmingssystemet har, sa Aaberg.
I tillegg er tappevannsoppvarmingen koblet på returledningen til varmeanlegget. - En bedre løsning ville vært å koble den på turledningen, der det er en høyere temperatur som ville ha gitt økt dekningsgrad, sa Aaberg.
Energisparingen i anlegget var på 65 prosent sammenliknet med en løsning med fjernvarme og en kjølemaskin med tørrkjøler.
- Grunnen til at dette er såpass lavt, er en lav SCOP og den lave energidekningsgraden, sier Aaberg.
Varmepumpen aldri i kjøledrift
Varmepumpen i Swecobygget er dimensjonert ut ifra maks kjøleeffektbehov, som er på 195 kW.
- I 2018 ble det bare målt 145 kW i kjølebehov, så varmepumpen er overdimensjonert. I tillegg ble hele kjøleeffektbehovet dekket av frikjøling fra brønnparken, så varmepumpen har aldri vært i kjøledrift, sa Aaberg. Brønnparken er også feil dimensjonert, fordi den er dimensjonert for å dekke hele kjøleffektbehovet, samtidig som varmepumpen er dimensjonert for å dekke hele kjøleeffektbehovet, sa Aaberg.
