av Rolf Ulseth SINTEF / NTNU

Centre of Energy and Indoor Environment

2012 / 10 / RU

Fjernvarmedagene 2012

Norsk fjernvarme

Gardermoen 2012-10-25

Lavenergibygninger med lavtemperaturvarme

av

Rolf Ulseth

SINTEF / NTNU


2012 / 10 / RU

4. generasjons fjernvarmesystemer !

Hva er det ?

Det er fjernvarmesystemer med

maks. temperatur på 60oC.

Lavenergibygninger og

behovet for bærekraftig energibruk

gir behov for fjernvarmesystemer

med større energieffektivitet !


2012 / 10 / RU

Hva blir dimensjonerende effektbehov

for oppvarming og årlig varmebehov

for bygninger i fremtiden ?


2012 / 10 / RU

Beregnede, teoretiske relative verdier for

dim. effektbehov og årlig varmebehov for transmisjon&ventilasjon for kontorbygning - BRA 2000 m

2

med TEK97 krav som ref. - og ved foreslåtte krav for

kontorbygning med lavenergi- (LE) og passivhusstandard (PA)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

TEK 97 TEK 07 (LE) Forsl.10 (PA) Forsl.10

Reduksjonen av effektbehovet blir vesentlig mindre enn reduksjonen av varmebehovet

(Gir behov for endring i tarifferingen av varme uansett type varmeforsyning)

~ 92 kWh/m2

~ 57 kWh/m2

~ 23 kWh/m2

~ 10 kWh/m2

~ 45 W/m2 ( Beregnede verdier for Oslo-klima og standardiserte input-verdier )

~ 33 W/m2

~ 22 W/m2

~ 18 W/m2

Referanse vedrørende foreslåtte krav:

Prosjektrapport 42, Enova 2009


2012 / 10 / RU

Beregnede, teoretiske relative verdier for

dim. effektbehov og årlig varmebehov for transmisjon & ventilasjon - enebolig med BRA 128 m

2med

TEK97 som referanse - og foreslåtte krav for lavenergi- (LE-K1)

og passivhusstandard (PA) i samsvar med NS 3700

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

TEK 97 TEK 07 (LE-K1) NS 3700 (PA) NS 3700

( Maks effektkapasitet for vannbåren gulvvarme ~ 50 W/m2 ) ~ 43 W/m2

~ 34 W/m2

~ 30 W/m2

~ 22 W/m2

~ 61 kWh/m2

~ 39 kWh/m2

~ 29 kWh/m2

~ 14 kWh/m2 ( Beregnede verdier for Oslo-klima og standardiserte input-verdier )

Reduksjonen av effektbehovet blir vesentlig mindre enn reduksjonen av varmebehovet

(Gir behov for endring i tarifferingen av varme uansett type varmeforsyning)


2012 / 10 / RU

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250

kW

h/å

r

Boligareal (m2)

On

e

pe

rso

n

Fa

mil

yw

ith

sh

ow

er

Fa

mil

yo

f3

pe

rso

ns

wit

hb

ath

an

d s

ho

wer

4250

Energy from the discharge cocks for hot tap

water for apartments according to EN 15316-3-1

Apartment floor area (m2)

kW

h/y

ea

r

Varmt tappevann vil ut fra dette representere en beregnet

mengde levert varme i størrelsesorden 30 kWh / m2• år.

(Systemvirkningsgrad ~ 0,6)


2012 / 10 / RU

Systemvirkningsgrad for vannbåren varme i enebolig med

gulvflate 250 m2 ifølge NS-EN 15316-2-1:2007 (Osloklima).

Radiatorer montert på yttervegg med termostatventiler og

varmeforsyning ved fjernvarme

0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

Δθ=90/70 Δθ=80/60 Δθ=70/55 Δθ=55/45 Δθ=40/30

Temperaturnivå

Sy

ste

mv

irk

nin

gs

gra

d

Total systemvirkningsgrad

med distribusjon delvis i

oppvarmede rom og

abonnentsentral i

oppvarmet rom


med distribusjon i

oppvarmede rom og

abonnentsentral i

uoppvarmet rom


med distribusjon og

abonnentsentral i

oppvarmede rom

Systemvirkningsgrad for el-oppvarming

med panelovner på yttervegg


2012 / 10 / RU

Systemvirkningsgrad for vannbåren varme i boligblokker og yrkesbygninger

med gulvflate 1000 m2 ifølge NS-EN 15316-2-1:2007 (Osloklima). Radiatorer

montert på yttervegg, varmedistribusjon delvis i oppvarmede rom og

abonnentsentral i uoppvarmet rom.

0.82

0.84

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94

0.96

Δθ=90/70 Δθ=80/60 Δθ=70/55 Δθ=55/45 Δθ=40/30

Temperaturnivå

Ro

m-

og

syste

mvir

kn

ing

sg

rad

Romvirkningsgrad


Systemvirkningsgrad for el-oppvarming

med panelovner på yttervegg


2012 / 10 / RU

Relativ effektavgivelse som funksjon av temperaturdifferansen

mellom midlere radiatortemperatur og romtemperatur

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Temperaturdifferanse mellom midlere radiatortemperatur og romtemperatur

Rela

tiv e

ffekta

vg

ivels

e


Varmesystemer i bygninger med fjernvarme?

- Shuntkoblinger eller ikke shuntkoblinger?

- Mengderegulering eller shunting?

2012 / 10 / RU


2012 / 10 / RU

“Standard” abonnentsystem med parallellkobling av radiatorkrets og varmebatteri på sekundærsiden


2012 / 10 / RU

Abonnentsystem med serie-/parallellkobling av radiatorkrets og varmebatteri på sekundærsiden


2012 / 10 / RU

Abonnentsystem med serie-/parallellkobling av varme- veksler for radiatorkrets og varmebatteri på primærsiden


2012 / 10 / RU

-20.00 -10.00 0.00 10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

Utetemperatur (oC)

“Standard”

Som i fig. 2

Som i fig. 3

7.2

7.3

Simuleringsresultater for “Standard” systemløsning og serie-/parallellkobling (s/p) på hhv sekundær- og primærside. Konstant 70o turtemperatur i fjernvarmesystemet.

“Standard”

s/p på sekundærs.

s/p på primærs.


2012 / 10 / RU

“Kritisk” radiator for maks. differansetrykk over radiatorventil

ΔPp

Innreguleringsventil eller differansetrykkregulator?

Differansetrykkregulator gjør saken mye enklere!

~1000•2 Pa

~ 0,01•2 bar


2012 / 10 / RU

Beregningseksempel for radiator ved ”Passivhusstandard”:

- Kontorrom med 10 m2 gulvflate – Maks effektbehov per m2 ca. 15 W

- Maks. effektbehov for radiator ~ 150 Watt (Osloklima)

- Dimensjonerende maks. differansetrykk over radiatorventil = 0,1 bar

- Forsøker med vannavkjøling over radiator på 20o

- Beregnet maksimal vannmengde: (0,15/20 •1,16) = 0.0065 m3/h = 6,5 l/h

- Beregnet kv-verdi for forinnstilling: (0,0065/√ 0,1 = 0,0065/0,32 = 0,020 m3/h

Denne kv-verdi for radiatorventiler er på grensen av det som finnes på

markedet. Her kunne vi redusert differansetrykket noe for å få en større

kv-verdi, men det vil kreve mer nøyaktig utbalansering av anlegget.

- Forsøker med vannavkjøling over radiator på 10o

- Beregnet maksimal vannmengde blir da: 0,013 m3/h = 13 l/h

- Beregnet kv-verdi med samme differansetrykk blir da: 0,041 m3/h

Vi kan finne radiatorventil på markedet som kan operere med denne kv-verdi


2012 / 10 / RU

Beregningseksempel for radiator (fortsatt):

- Velger temperaturnivå 40/30

- Valget gir ca. 25% effektavgivelse i forhold til temperaturnivå 80/60

- Ca. halvert effektbehov for ”Passivstandard” i forhold til TEK97

- Panelradiator med ett panel med H/L = 600/900 vil gjøre jobben

Ved ”passivhus” og gulvvarme i boliger må vi ha

varmeslynger på ca. 30% av gulvflaten (Osloklima)


2012 / 10 / RU

Økologisk bærekraftig oppvarming? -To vesentlige faktorer: Tilgjengelighet og bærekraft !

(BBR=Boverkets ByggRegler)

(Stock=Dagens bygningsmasse

i Stocholm)

Referanse:

“Ressursindex

för energi”

Rapport 2011:7

Svensk

Fjärrvärme


Husk!

Hovedindikatoren for ”godhet” ved bruk av energi

har frem til nå vært ”kostnad”.

Hvor har denne indikatoren ført oss?

Hovedindikatorene for ”godhet” ved bruk av

energi i praksis i fremtiden vil være:

- Primærenergiforbruk

- CO2-utslipp (ekvivalent)

Og energipolitisk: ”Økologisk bærekraftig energiindeks”

2012 / 10 / RU


Takk for oppmerksomheten !

2012 / 10 / RU

Documents

av Rolf Ulseth SINTEF / NTNU