Dette sa dr. ingeniør og varmepumpespesialist Jørn Stene fra Cowi AS og NTNU i et innlegg på varmepumpekonferansen den 10. mars, da han presenterte feltmålinger og praktiske erfaringer fra anlegget på Moholt 50|50. Analysen av varmepumpeanlegget er gjennomført av Anja Meisler gjennom prosjekt- og masteroppgave ved NTNU i 2019–20.
– Et varmepumpeanlegg er et system som består av flere delsystemer som skal fungere sammen. Derfor er feltmålinger veldig interessante. Det er ikke energisparingen på papiret som er interessant, det er den reelle energisparingen og driftsegenskapene som er viktige, sa Stene.
 |
| – Det perfekte varmepumpeanlegg finnes ikke, men man bør jo ha som mål å komme så nært som mulig, sa dr. ingeniør og varmepumpespesialist Jørn Stene fra Cowi AS og NTNU på årets varmepumpekonferanse. Foto: Tekniske Nyheter |
Bruk feltmåling og du får topp prosjektering
– Man kan ikke beregne et varmtvannsforbruk, det må måles, sa Stene. Da varmtvannsbehovet ble beregnet på Moholt, tok rådgiverfirmaet Tempero Energitjenester AS utgangspunkt i målinger fra to andre studentbyer.
– Her traff rådgiveren veldig godt. Målingene viser kun et avvik på 4 til 10 prosent fra det som ble prosjektert, sa Stene. – Systemer for varmtvannsberedning bør fortrinnsvis prosjekteres ut fra måledata for samme bygningstype. I prosjektet VarmtVann2030 (2017–21) ved SINTEF/NTNU er det forøvrig gjennomført et stort antall feltmålinger av varmtvannsforbruket i hoteller, sykehjem og boligblokker, og resultatene vil etter hvert komme rådgiverbransjen til gode.
Prisbelønnet prosjekt
Moholt 50|50 er et prisbelønnet prosjekt. I 2017 fikk det Norsk Varmepumpeforenings varmpumpepris samt energispareprisen til Trondheim kommune. Moholt 50|50 består av fem boligtårn i massivtre, et bibliotek/aktivitetshus og en barnehage, på til sammen 25 000 m2. Det er stort sett studentleiligheter og noe næringsareal.
Energisystemet er et nærvarmeanlegg med diverse ekstra funksjoner. – Det spesielle med anlegget er at det brukes til å varme opp varmtvann og ventilasjonsluft, sa Stene. – Romoppvarmingen foregår med panelovner på studenthyblene, fordi det er et veldig lite effektbehov på hver hybel. Det hadde blitt uforholdsmessig kostbart å montere radiatorer på alle hyblene.
På Moholt er det installert et varmepumpeanlegg på 253 kW, og en elektrokjele på 300 kW. I anlegget er det tre væske/vann-aggregater med to scroll-kompressorer i hvert aggregat, som er koblet til en brønnpark med 23 energibrønner à 250 meter.
Målinger av varmtvannsberedning på Moholt 50|50. Målinger/Illustrasjon: Anja Meisler
Dekker hele varmtvannsbehovet
Anlegget på Moholt dekker hele varmtvannsbehovet. – Det er en konstant turtemperatur for varmepumpene på 50 til 52 grader. Dette er en veldig spesiell driftssituasjon for et varmepumpeanlegg, og stiller særskilte krav til anlegget, sa Stene.
Grunnen til at anlegget kan dekke hele varmtvannsbehovet, er Apurgo-systemet for legionella-behandling. Det gjør at lagringstemperaturen for varmtvann i tanksystemet i undersentralene kan være så lav som 48 grader.
Alle kompressorene har havarert
I løpet av de tre første driftsårene har alle kompressorene i anlegget gått dukken; alle seks er byttet. – Det skyldes antagelig at de er kjørt på en turtemperatur på 50 til 52 grader, som er helt opp til maksgrensen på 55 grader, sa Stene. – Det har også vært mange start og stopp.
– Dette stresser kompressorene. Det har med olje og termiske forhold å gjøre, sa Stene. – Så det er egentlig ikke overraskende at de har fått kompressorhavari. Erfaringene viser også at det er forholdsvis mange havarier på scroll-kompressorer.
– Hadde det vært montert aggregater som kunne levert varme opp til 60–65 grader, så hadde nok ikke dette skjedd, sa Stene.
– Det kunne også ha vært vurdert et annet varmepumpekonsept utifra den bruken man har med konstant høy turtemperatur pga. varmtvannsberedning, sa Stene. – Et alternativ kunne ha vært å sette inn en CO2-varmepumpe i hvert bygg.
Gråvannsrør med integrert motstrøms varmeveksler, som er brukt i prosjektet på Moholt. Foto: Cowi/NTNU
Burde vært turtallsregulering
– Kompressorene har ikke turtallsregulering. Det burde det ha vært, sa Stene. – Da får man ned antall start og stopp, og virkningsgraden blir mye bedre.
Kjølemediet som er brukt i Moholt 50|50, er R410A, som er det mest brukte kuldemediet i dag. Mediet er imidlertid sammen med de andre HFK-kuldemediene regulert av EUs F-gassdirektiv, og skal fases ut innen 2030. – Varmepumpeanlegget ble installert for noen år siden, og da var ikke aggregater med propan som kuldemedium inne på det norske markedet i særlig grad. I dag hadde propanaggregater vært et meget aktuelt valg. De nye propanaggregatene har turtallsregulerte kompressorer og høy effektivitet og kan levere varme opp til 60–65 °C, sa Stene.
SCOP på 3,2
Årsvarmefaktoren (SCOP) for varmepumpeanlegget på Moholt var på 3,2 i måleperioden, som var fra november 2018 til oktober 2019. Inklusive pumpearbeid var den på 2,8. Med frikjøling lå årsvarmefaktoren på 3,8 eksklusive pumpearbeid og 3,4 når pumpearbeid er inkludert.
– Jeg hopper ikke i taket av glede på grunn av dette resultatet. Hadde man hatt turtallsregulerte kompressorer samt aggregater som var dimensjonert/ utformet for å kunne levere varme ved 50–52 grader hele året, så hadde man oppnådd høyere SCOP og høyst sannsynlig unngått kompressorhavarier, sa Stene.
Moholt 50|50 – prinsipielt energiflytdiagram. Illustrasjon: Anja Meisler
Burde vært turbokollektorer
Det var litt problematisk med boring i området, slik at det ble til dels stor avstand mellom energibrønnene i brønnparken. – Dette er ikke gunstig, men selve brønnparken fungerer langt over forventningene med god årlig termisk energibalanse, sa Stene. – Men, det er brukt glattrørskollektorer, noe som ikke er optimalt. Det burde ha vært turbokollektorer, da de bidrar til noe bedre varmeovergang og lavere trykktap, sa Stene.
Brønnparker trenger lading
Noen rådgivere mener at brønnparker ikke trenger termisk lading. Det er feil, mener Stene.
– En brønnpark er et termisk energilager i fjell som er ganske lukket. På større anlegg er det ikke nok med den varmen som kommer fra fjellet, man må også ha en eller evt. flere eksterne kilder, sa han. – Hvilken løsning man velger er avhengig av prosjektet og hvilke muligheter man har. Man må alltid gjøre nøyaktige beregninger for å sikre en god termisk energibalanse.
Fra brønnparken føres rørene også til hvert enkelt bygg, ikke bare til varmesentralen. – Dette er gjort for å hente varme fra, og å kjøle ned, ventilasjonsluften. På den måten oppnås en dobbel effekt. Man får både termisk lagring i brønnparken og frikjøling, sa Stene.
Brønnparken lades med cirka 350 000 kWh
Brønnparken blir ladet med varme fra ventilasjonsanleggene fra 12 °C utetemperatur, gråvann og et solfangeranlegg på barnehagen. Gråvannet leverer 175 000 kWh per år. Her brukes en unik, integrert rørvarmeveksler på 25 meter, som er plassert i bunnen av gråvannsrøret.
– Gråvannstemperaturen er på cirka 30 grader, og man får varmevekslet til 15–16 grader ut på frostvæsken. – Man får et temperaturtap, men å bruke gråvann direkte er mye vanskeligere. Her har vi en løsning som er veldig driftssikker, sa Stene. – Det er lagt inn kobbertråder i veksleren, slik at man motvirker gjengroing.
– Å bruke gråvann som varmekilde er i utgangspunktet problematisk, men har i dette prosjektet blitt en veldig gunstig måte å lade brønnparken på. Dette er noe jeg anbefaler å vurdere i andre prosjekter, hvis man har tilgang til gråvann, sa Stene.
73 m2 med solfangere plassert på barnehagen, bidrar med 40 000 kWh til lading av brønnparken, mens det leveres 130 000 kWh fra ventilasjonsanlegget. Solfangerne har kort driftstid og høy effekt, og er et kostbart system, sa Stene. – De står derfor for en forholdsvis liten andel av den termiske ladingen av energibrønnene, bare 12 prosent. Han mener at solfangerne kunne ha vært kuttet ut, fordi de leverer for lite varme i forhold til investeringskostnaden.
Målinger av termisk lading av brønnparken på Moholt. Målinger/Illustrasjon: Anja Meisler
Leverer cirka 1 GWh i året
Leveransen fra varmepumper og elektrokjele var på 1 070 000 kWh i 2019. – Det meste kommer fra varmepumpen, det er en veldig liten andel fra elektrokjelen, sa Stene.
Aldri hundre prosent perfekt
– Et varmepumpeanlegg er aldri hundre prosent perfekt. Man finner alltid noen småting som burde vært gjort annerledes, og for mange anlegg har det normalt liten betydning. Men det finnes dessverre en del varmepumpeanlegg hvor det er gjort større feil ved prosjektering og valg av utstyr som ikke er hensiktsmessig. Det perfekte anlegg finnes ikke, men man bør jo ha som mål å komme så nært som mulig, sa Jørn Stene
