Lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri

Christian Holm ChristiansenTeknologisk Institut, Energi og Klima

Danmarkcnc@teknologisk.dk

Dagsorden Generelt om fjernvarme og lavenergibyggeri i Danmark Et koncept til Lavenergifjernvarme i lavenergibyggeri

– Varme og brugsvandsbehov i lavenergi enfamiliehus– Fjernvarmebeholderunit– Varmeanlæg– Twinrør – Systemanalyser, ledningsnet– Investeringer– Samfundsøkonomi

Demonstration– Ringgården, afdeling i Lystrup– EnergyFlexHouse, Teknologisk Institut i Høje Taastrup

Fjernvarme i Danmark 1,6 millioner boliger (ca. 60%) forsynes med fjernvarme

Kilde: Energistyrelsens Energistatistik 2008

Fjernvarme i Danmark

Kilde: Energistyrelsens Energistatistik 2008

30%

Energipolitik i Danmark

Fjernvarme og et stramt bygningsreglement er nogle af de væsentlige virkemidler til at nå målet

Kilde: Klima- og energiministeriets Energipolitisk redegørelse 2009

Bygningsreglementet i Danmark Krav til bruttoenergiforbrug:

Boliger Erhverv

Bygningsreglementet 2008

Lavenergiklasse 2

Lavenergiklasse 1

årprmkWhA

./160050 2

årprmkWhA

./220070 2

årprmkWhA

./110035 2

BR2010

A er det opvarmede etageareal(OBS! bruttoareal)

årprmkWhA

./220095 2

årprmkWhA

./160070 2

årprmkWhA

./110050 2 BR2015

Energifaktorer i Danmark El: 2,5 Naturgas: 1,0 Olie: 1,0 Biomasse (piller, brænde mv.): 1,0 Fjernvarme: 1,0

Dog ser det på nuværende tidspunkt ud til at fjernvarme får en energifaktor på 0,8 i det nye bygningsreglement 2010, hvis der bygges lavenergibyggeri klasse 1

Udvalgte danske forskningsnetværk og centre med fokus på både fjernvarme og lavenergibyggeri

www.teknologisk.dk

www.lavebyg.dk

www.zeb.aau.dkStrategisk Forskningscenter for CO2-neutralt byggeri

www.boligplus.org

Lavenergibyggeri og fjernvarme er ikke hinandens modsætninger

EFP2007 projektTitel: “Udvikling og demonstration af lavenergifjernvarme til

lavenergibyggeri”Periode: 2007-2008Finansiering: Støttet af Energistyrelsen's energi-

forskningsprogram (EFP2007)

Projektdeltagere:

Teknologisk Institut (Projektansvarlig)

DTU Byg (Danmarks Tekniske Universitet)

COWI A/S

LOGSTOR A/S

DANFOSS District Heating

Energitjenesten

Lavtemperaturfjernvarme, et designkoncept til lavenergibyggeri

Lavenergibyggeri (lavt forbrug) En mindre enklave/område af bygninger (ensartede

driftsforhold) Fjernvarmebeholderunit (udjævnet flow) Varmeanlæg udlagt for lav temperatur (gulvvarme

og/eller radiator) Lave fjernvarmetemperaturer (lavere varmetab) Mindre ledninger (lavere varmetab og mindre

investeringer) Brug af twinrør i alle ledningsstørrelser (lavere

varmetab og mindre investeringer)

Valgt referencehus• 145 m2• Lavenergibyggeri, klasse 1 (42,6 kWh/m2)

Rumvarmeforbrug i reference hus20°C i alle rum:

24°C i de 2 badeværelserog 22°C i de øvrige rum:

-> 50% højere varmeforbrug

Beregnet i Bsim (program til termisk bygningssimulering):

* Standard indetemperatur som bruges ved dokumentation (BE06 beregning)

i forhold til Bygningsreglementet)

** Mere almindelige/realistiske indetemperatur

Gennemsnitsvarmebehov kWh/år

Varmt brugsvand 2.300

Rumopvarmning 4.450

Totalt 6.750

20,1 kWh/m²/år *

30,7 kWh/m² **

Fjernvarme-beholderunit

Fjernvarmebeholder - ladeflow

Fjernvarmebeholder – Reguleringsventil til varmt brugsvand

dhw temperature step responce, control performance

39

41

43

45

47

49

51

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600time [sec]

Tem

p. [°

C]

0

200

400

600

800

1000

1200

Flow

[l/h]

Temp. DHW Temp. prim. supplyQ DHW Q primary

Fjernvarmebeholder – Prototype

Konfiguration: LGSLGM

(gulvvarme)

Beholderstørrelse: 120 liter175 liter

God isolering

Stikledning - prototype• Dimensionerne (fremløb/retur/kappe), mm:

14/14/110• Medirørmateriale: alupex• Medierørs godstykkelse, mm: 2• Medirør placeret symmetrisk omkring twinrørets centrum• Maksimal varmeledningsevne for PUR-skum, W/(mK):

0,023• Diffusionsbarriere ved kappe

Stikledning - Lambdaværdi

Systemanalyser – simulering af fjernvarmenet

92 huse og 1 vekslerstation/ værk

145 m² lavenergihus kl. 1 Maks. rumvarmeeffektbehov =

3,7 kW/hus Varmebehov = 6750

kWh/år/hus (inklusive brugsvand)

Varmetæthed = 193 kWh/år/meter fjernvarmeledning

Ikke optimeret mht. reduktion af total rørlængde og placering af vekslerstation / værk

Systemanalyser – 4 scenarier

Scenarier Brugerunit type Design effekt

Design temperaturer

Tfrem Tretur

0(reference) Varmtvandsbeholder 8 kW 80°C 40°C

1 Fjernvarmebeholder (ny type) 3.7 kW 50°C 22°C

2Gennemstrømnings-veksler (ingen varmelagring)

32 kW 50°C 22°C

3 Varmtvandsbeholder 8 kW 60°C 30°C

Ny type unit:Fjernvarmebeholder 120 eller 175 liter (Danfoss)

Systemanalyser – designantagelser 10 bar system (maks. tryk) Holdetryk: 2 bar Maks. hastighed: 2 m/s Bypass i units lukket, kun omløb

for enden af hver vej

Antalforbrugere GVV VVB

1 1,00 1,002 0,66 0,753 0,56 0,634 0,47 0,605 0,39 0,536 0,34 0,507 0,31 0,498 0,30 0,489 0,28 0,46

10 0,25 0,4420 0,19 0,2330 0,12 0,19

Samtidighedsfaktor s

Systemanalyse - resultater Trykprofil v. 2,29 kW pr. bolig (ca. 8500 timer under

denne effekt)

Systemanalyse - resultater Eksempel på fremløbstemperaturer og varmetab

Systemanalyse – resultater

Energi i ledningsnettet Scenarie 0Reference

*

Scenarie 1Fjernvarme-

beholder unit

Scenarie 2Gennem-

strømnings-veksler unit

Scenarie 3Varmtvands-

beholderunit

Elforbrug, pumper, totalt ledningsnet

MWhel/år 1,1 6,0 3,7 4,8

Leveret varme til ledningsnet

MWh/år 966,0 706,5 730,7 743,5

Varmeforbrug, 92 huse (á 6750 kWh/år)

MWh/år 621,0 621,0 621,0 621,0

Varmetab, totalt ledningsnet

MWh/år 345,0 85,5 109,7 122,5

Varmetab, totalt ledningsnet % 36 12 15 16

Investeringer

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

Scenarie 0 Reference*

Scenarie 1 Fjernvarme-

beholder unit

Scenarie 2 Varmeveksler

unit

Scenarie 3 Varmtvands-beholder unit

DKK/

hus

Installationsomkost. for unit

Bruger unit

Stik installationer

Hovedpumper

Ledningsnet

Totale investeringsomkostninger

SamfundsøkonomiFormål At sammenligne lavtemperaturfjernvarme med alternative

opvarmningssystemer

Undersøgte scenarier Lavtemperaturfjernvarme (fjernvarmebeholderunit) Varmepumpe, jordvarme Varmepumpe, luft-til-vand

vs. vs.

Samfundsøkonomi – antagelser for lavtemperaturfjernvarme Fjernvarmebeholderunit valgt til beregning (fordi det er den nye løsning) Investeringsomkostninger pr. hus: 84.240 DKK (se foregående) Levetid på fjernvarmerør: 40 år Levetid på hovedpumper i fjernvarmesystemet: 20 år Levetid på fjernvarmeunit og stikinstallationer: 30 år med reinvestering

efter 15 år på 10.000 DKK Drift og vedligeholdelse af fjernvarmenet: Inkluderet i fjernvarmeprisen Anlægsomkostninger for fjernvarmebygværk er inkluderet i

fjernvarmeprisen Scrapværdi på komponenter (inklusive reinvesteringer) med længere

levetid end beregningsperioden

Samfundsøkonomi – antagelser for varmepumperAnlægsomkostninger pr. hus (DKK ekskl. moms) VP jord VP luft

Varmepumpeunit 43.000 31.000Beholder del - 22.000250 m jordslanger 6.250 -Nedgravning af slanger (entreprenør) 13.750 -Opstart og indregulering (leverandør) 7.500 -Installation af unit (VVS) 20.000 20.000Diverse omkostninger (5%) 4.525 3.650I alt ekskl. moms 95.025 76.650

Årsvirkningsgrad (COP) 3,1 2,5

Levetid på varmepumpeunit (inklusive installationer)

30 år med reinvesteringhvert 10. år på 20.000 DKK.

Samfundsøkonomi - omkostninger pr. 30 år

010.00020.00030.00040.00050.00060.00070.00080.00090.000

100.000110.000120.000130.000140.000150.000160.000170.000

FVB Marginal

VP jord Marginal

VP luft Marginal

DK

K /

hus

Brændsler,afgiftsforvridning ogemissionsomkostninger

Investering (inkl. re-investering ogscrapværdi)

Lavtemperaturfjernvarme er fuldt konkurrencedygtig med varmepumpeteknologien!

Demonstration af konceptetTitel: C02-reductions in low energy buildings and communities by implementation of low

temperature district heating systemsPeriode: 2009-2010Finansiering: Støttet af Energistyrelsen's energiteknologisk

forsknings og udviklingsprogram (2008)

Projektdeltagere:Energitjenesten, Midt- og Østjylland (Projektansvarlig)DTU Byg (Danmarks Tekniske Universitet)COWI A/S LOGSTOR A/SDANFOSS District HeatingTeknologisk Institut AffaldVarme Århus, Århus KommuneKamstrup A/SRibe Jernindustri

Lystrup Fjernvarme Lystrup Fjernvarme A.m.b.A. Boligforeningen Ringgården

Høje Taastrup Fjernvarme Høje Taastrup Fjernvarme A.m.b.A.

Demonstration - Boligforeningen Ringgården - Lystrup

Plan over Ringgården afd. 3440 rækkehuse + fælleshus lavenergi kl. 1. 11 FVB-units og 30 GVV-units

Demonstration - EnergyFlexHouseTeknologisk Institut – Høje Taastrup

Fjernvarmenet til EnergyFlexHouse – 2 nye lavenergiforsøgshuse

EnergyFlexFamily

EnergyFlexLab

Hovedkonklusioner for EFP-projektet Lavenergifjervarme konkurrencedygtig med varmepumper ud

fra en samfundsøkonomisk betragtning. Meget lavt varmetab i ledningsnet, teoretisk helt ned til 12-

16% på trods af det lave varmeforbrug i lavenergibyggeriet. Lille forskel mellem de forskellige fjernvarmeunittyper. Optimering af nettet (rørlængde og varmetæthed) kan

medføre endnu bedre økonomi for lavenergifjernvarme. Med en tilstrækkelig fremløbstemperatur på 50 °C hos

forbrugerne er det muligt at anvende nye typer varmeressourcer.

Varmetæthed er afgørende, men grænsen er flyttet. Der er ikke regnet på selskabsøkonomi, men økonomien vil

være væsentlig forskellig fra værk til værk

Tak for opmærksomheden

Rapporten "Udvikling og demonstration af lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri" kan findes på

Teknologisk Instituts hjemmeside:

http://www.teknologisk.dk/25949