Grønn IT-unikt høytemperatur kjøle- og varmepumpeanlegg ved NTNU

Det energieffektive anlegget har en klar miljøprofil (Grønn IT) ettersom det bidrar til ca. 7-8 GWh årlig varmegjenvinning samt at det benyttes et miljøvennlig og framtidsrettet arbeidsmedium- ammoniakk (NH3, R717)

Driftsavdelingen ved Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet (NTNU) i Trondheim har i en årrekke hatt fokus på å redusere forbruket av vann, elektrisitet og varme i sin bygningsmasse. Ved hjelp av omfattende instrumentering av elektriske og termiske energisystemer tilknyttet ett sentralt SD-anlegg har de i dag meget god oversikt over energiflyten. NTNU har mange kjøleanlegg hvor kondensatorvarmen benyttes til oppvarming. Anleggene har imidlertid 50 °C maks. utgående vanntemperatur, hvilket setter klare begrensninger på utnyttelse av varmen.

I 2013 installerte Tungregnesenteret ved NTNU nye superdatamaskiner, som bl.a. brukes til værsimuleringer for Meteorologisk institutt. Kjølebehovet ble opprinnelig dekket av standard kjølemaskiner. Pga. økende kjølebehov og ønske om større grad av varmegjenvinning, ble det i 2014 installert et høyeffektivt kjøle- og varmepumpeanlegg som leverer overskuddsvarmen inn på det interne fjernvarmenettet ved NTNU Gløshaugen. Fjernvarmenettet er skilt fra primærnettet via en varmevekslersentral, som NTNU fikk installert i 2013. Dette trykkskillet gjør at NTNU Drift i dag har full kontroll over temperaturnivået i nettet. Turtemperaturen er utetemperaturkompensert med en dimensjonerende temperatur på ca. 95 °C. Maksimal returtemperatur er ca. 60 °C.

Det kombinerte kjøle- og varmepumpeanlegget består av to aggregater fra GEA i Tyskland. Anlegget benytter ammoniakk (R717, NH3) som arbeidsmedium. Ammoniakk har i motsetning til HFK-mediene ingen innvirkning på drivhuseffekten ved utilsiktede utslipp. Mediet er derfor ikke omfattet av EUs F-gassdirektiv. Pga. ammoniakkens svært gode termofysikalske egenskaper, som medvirker til høy prosesseffektivitet, høy kompressorvirkningsgrad og effektiv varmeveksling, oppnår anlegg med ammoniakk betydelig høyere effektfaktor (COP) enn anlegg med HFK.

Det nye anlegget har 800 kW samlet kjøleytelse ved 7/12 °C i isvannssystemet, og maks. avgitt varmeeffekt er ca. 1,1 MW. Aggregatene har ett-trinns utførelse da det ikke var plass til et to-trinns anlegg i det trange plassbygde maskinrommet. Aggregatene har turtallsregulerte skruekompressorer med effektiv oljekjøling, og det er brukt ekstra varmevekslere i tillegg til kondensatorene for å oppnå høy COP ved høytemperatur varmeleveranse. Varme avgis først til bygningen hvor anlegget er plassert, og overskuddet leveres inn på returledningen i fjernvarmenettet. Ved dimensjonerende forhold varmes fjernvarmevannet fra cirka 65 °C til 80 °C. Evt. overskuddsvarme fra anlegget sommerstid avgis via en egen tørrkjølerkrets til uteluft.

En ulempe med ammoniakk som arbeidsmedium i forhold til HFK, er mediets giftighet. Ammoniakk har også en stikkende lukt som kan skape panikk ved utslipp i områder hvor folk ikke er vant til å omgås ammoniakk. Maskinrommet er derfor gasstett, og sikkerhetsutstyret omfatter bl.a. nødventilasjon, gassdetektorer på tre nivåer og alarmsystem. Aggregatene er utstyrt med seksjoneringsventiler, som begrenser ammoniakkutslipp til et minimum ved en evt. lekkasje. Det er også installert en scrubber i maskinrommet. Scrubberen består bl.a. av en stor vanntank, og ved lekkasje føres den ammoniakkholdige luften gjentatte ganger gjennom en finfordelt vannspray som absorberer ammoniakken effektivt. Restkonsentrasjonen ventileres ut via en jethette på taket av bygningen. Ettersom ammoniakkgass er vesentlig lettere en luft fortynnes gassen raskt og utgjør dermed ingen fare for omgivelsene.

Hvis en antar at anlegget har en gjennomsnittlig kjøleytelse på 700 kW og leverer all overskuddsvarme til fjernvarmenettet bortsett fra årets varmeste måned, vil årlig varmeleveranse være i størrelsesorden 7-8 GWh/år. Årlig energibesparelse er estimert til ca. 4-5 GWh/år. På tross av at dette er et avansert og relativt kostbart anlegg er inntjeningstiden beregnet til 4 år.

COWI AS har som hovedstrategi å prosjektere energieffektive varmepumper og kuldeanlegg med miljøvennlige naturlige arbeidsmedier (ammoniakk, CO₂, propan) der dette er mulig ut fra tekniske, økonomiske og praktiske forhold. I dette prosjektet har COWI i Trondheim hatt ansvaret for prosjektering og analyse av kjøle- og varmepumpeanlegget inkl. utarbeidelse av en detaljert rammebeskrivelse, prosjektering av strømforsyningen og gjennomføring av risiko- og sårbarhetsanalyser (ROS-analyser). Eptec Energi AS har levert anlegget, og skal stå for framtidig service/vedlikehold.

Anlegget har blitt ekstra godt instrumentert for å kunne brukes som visnings- og øvingsanlegg for bl.a. masterstudenter ved NTNU. Anlegget representerer det ypperste innen kjøle- og varmepumpeteknikk, og bruker dessuten et naturlig og miljøvennlig arbeidsmedium som bidrar til høy COP.