Fornybar energiproduksjon

Bruk av fornybare teknologier til oppvarmingen av et bygg, vil kunne bidra til å reduse-re klimagassutslippet fra bygningssektoreduse-ren. I en rapport med alternativer for å reduse-redusereduse-re klimagassutslipp fra byggsektoren i Norge utgitt av NVE oppgis en tabell over virknings-grader for ulike oppvarmingssystem. Ut fra tabellen vises det at løsninger med bruk av

Kapittel 5. Energibruk for omsorgssenter

blant annet solfangerer og ulike typer varmepumper vil være effektive løsninger for opp-varming av næringsbygg. I tillegg vil det for næringsbygg være en betydelig besparelse ved bruk av løsninger med fjernvarme og kjel med bruk av bioenergi. [85] Det vil også være mulig å benytte en løsning med bruk av varmelagring i materialer med faseendring (PCM) eller andre sesongbaserte lagringsalternativer for å redusere energibruken til oppvarming-og kjøling av bygninger [54].

Studien gjennomført av Hamdy M. et al. evaluerer et oppvarmingssytem med grunnvarme-pumpe til oppvarming i kombinasjon med solceller for produksjon av elektrisitet, som et effektivt oppvarmingsalternativ for en bolig i Finland. En bergvarmepumpe er et indirekte elektrisk oppvarmingssystem, som vil si at den bruker elektrisitet for å produsere varme.

Ettersom varmepumpen har en høyere effektivitet enn direkte bruk av elektrisitet, vil det være mer økonomisk og miljøvennlig å bruke en varmepumpe til oppvarming. I studien vises det til at dersom en løsning med varmepumpe kombineres med bruk av solceller som produserer elektrisitet, vil det være mulig å oppnå en effektiv og god løsning for oppvarming av bygget. [2] I en studien gjennomført av Self, S et al. sammenlignes en grunnvarmepumpe med andre oppvarmingssystem ut fra blant annet kostnad og utslipp av CO2. Resultatene fra studien viser at en grunnvarmepumpe vil være en effektiv løsninger, med lave energikostnader. Samtidig vil en løsning med grunnvarmepumpe gjøre det mulig å redusere utslippene av CO2betraktelig i forhold til direkte bruk av elektrisitet. [88]

Iqbal, U har gjennomført en studie på potensialet for utnyttelse av solfangere i kombi-nasjon med sesonglagring av varme for å dekke hele oppvarmingsbehovet for en norsk husholdning. I studien belyses problemet med at varmeproduksjonen fra solen er størst om sommeren når oppvarmingsbehovet er lavest, og minst om vinteren når behovet for energi til oppvarming er størst. Studien viser videre til ulike metoder for å sesonglagre varme produsert av solfangere, til bruk om vinteren, der løsninger med bruk av for eksem-pel BTES, altså bruk av energibrønner for varmelagring, vurderes. Resultatet fra studien viser at det ikke vil være mulig å dekke hele oppvarmingsbehovet for norske boliger med et system bestående av solfangere og BTES. Resultatene viser imidlertid at det vil være mulig å dekke en betydelig andel av energibehovet til romoppvarming og varmtvann, da spesielt om sommeren. [89]

En annen mulighet for energieffektivisering er bruk av en combined heat and power (CHP) plant, som vil kunne være et effektivt alternativ. En CHP produserer både varme som kan brukes til oppvarming av bygget og elektristet, som er billigere enn elektristet kjøpt fra strømnettet. Ved bruk av en CHP vil det være mulig å oppnå en effektivitet på mellom 87 % og 92 %, til fordel for et konvensjonelt oppvarmingssytem som kan oppnå en effektivitet på rundt 60 %. En CHP vil kunne være en god løsning for bygninger som sykehus og sykehjem som har et stort oppvarmingsbehov i tillegg til et stort behov for elektrisitet for drift og teknisk utstyr. [54]

Dimensjonering av varmepumpe

Et system med varmepumpe overfører varme fra en ekstern varmekilde ved lav temperatur til et arbeidsmedium ved høyere temperatur, ved bruk av elektrisitet. En varmepumpe kan benytte ulike varmekilder, der sjøvann, grunnvann og berg er vanligst for større bygg. [86]

5.3 Energieffektivisering av omsorgssenter

Effektfaktoren (COP) for en varmepumpe beskriver energieffektiviteten for anlegget ved en bestemt driftstilstand, og beregnes ut fra forholdet mellom levert effekt og tilført elekt-risk effekt. En høyere COP tilsvarer en høy energibesparelse. For bygningsoppvarming vil det være mulig å oppnå en COP-verdi for varmepumper på mellom 2 og 5. [86] En varmepumpe med vann-til-vann prinsipp vil gjerne ha en COP mellom 3 og 4 [85].

Systemer med grunnvarmepumpe kan benytte tre ulike varmekilder; grunnvann, berg, og jord. Ved bruk av en varmepumpe med berg som varmekilde bores det energibrønner ned i bakken med en dybde på mellom 80 og 250 meters dybde. I grunnen vil det være en relativt stabil temperatur over året ved dybder større enn 10 til 15 meter, som sikrer stabil drift av varmepumpen. Varmeuttaker for varmepumpen vil i gjennomsnitt være 30 til 40 W/m i varmedrift og 80 til 100 W/m for kjøledrift. [86]

Det er vanlig å dimensjonere en varmepumpe til romoppvarming som grunnlast i et opp-varmingssystem for å dekke 40 til 70 % av netto effektbehov ved dimensjonerende utetem-peratur (DUT) for det aktuelle området. Videre dimensjoneres varmepumpen for å dekke maksimalt effektbehov for kjøling, ved bruk av et varmepumpesystem for både oppvar-ming og kjøling. [86] Videre vil det være viktig å sikre en riktige dimensjonering og stør-relse på anlegget, ettersom overdimensjonering av en grunnvarmepumpe med borehull ofte fører til betydelig høyere investeringskostnad enn andre oppvarmingssytem. [90]

Potensiale og dimensjonering for utnyttelse av solenergi

Solenergi kan benyttes til produksjon av både varme og elektrisitet. Solceller omformer so-linnstråling til elektrisitet ved bruk av halvledermaterialer. De vanligste typene av solceller er tynnfilm, monokrystalinske- og polykrystalinske solceller. Monokrystalinske solceller har typisk en virkningsgrad på 20 % til 24 %. Polykrystaliske solceller er den mest brukte typen solceller, og har en virkningsgrad på mellom 14 % og 18 %. Ytelsen for en solcelle oppgis i kWP, som viser til ytelsen for solcellen under bestemte klimatiske forhold testet i laboratorium. Ved dimensjonering av solcelleanlegg vil solinnstrålingen for lokasjonen være en av de viktigste parametrene å vurdere. [39]

Solfangere utnytter solvarme for å produsere varme til tappevann og romoppvarming i en bygning. Det er mulig å benytte ulike typer solfanger, der i blant plane solfangere, vakuumrørsolfangere og løsninger som er basert på luft. Solinnstrålingen varierer over året og er lavest om vinteren når behovet for oppvarming er størst, og størst om sommeren ved et lavere behov for oppvarming. Solfangere vil dermed være best egnet for oppvarming av tappevann for norske forhold, ettersom energibehovet til tappevann er forholdsvis likt over året. [85] Ettersom sykehus og sykehjem er bygg med et stabilt og stort varmtvannsbehov vil solfangere vil være spesielt godt egnet for denne typen bygg [91].

En solfanger fungerer ved at en absorbent absorberer strålingsenergien fra sola. Varmen absorbert i solfangeren overføres deretter til et transportmedium, som frakter varmen fra solfangerne til et varmelager. Virkningsgraden for en solfangere er forholdet mellom den utnyttede produksjonen av varme og tilgjengelig solstråling. Ved dimensjonering av an-legg med solfangere tas det ofte hensyn til lasten for systemet om sommeren for å utnytte solfangerne maksimalt om sommeren når soltilskuddet er størst. Anlegget dimensjoneres ofte for å dekke 40 % til 70 % av årlig oppvarmingsbehov for tappevann. Størrelsen på det

Kapittel 5. Energibruk for omsorgssenter

optimale arealet til solfangeranlegget avhenger av varmebehovet for bygningen, investe-ringsforhold og lokalt klima.[91]

Solfangere og solceller bør ha en sørlig orientering, med maksimalt avvik på 45 grader for å oppnå størst energiutbytte. Det vil være mulig å undersøke solens orientering over dagen og ved ulike tider av året ved bruk av nettsider som simulerer solens bane ved valgt lokasjon som vist i Figur 5.2. Figuren viser orienteringen på solinnstrålingen ved Eidet omsorgssenter i Haram kommune for 21. desember [92]. Ut fra figuren vises det at solinnstrålingen er størst mot sør.

Figur 5.2:Vinkel for solinnstrålingen for Eidet omsorgssenter 21. desember 2018

Den optimale vinkelen for solfanger og solceller vil variere ut fra lokasjonen for anlegget, og må beregnes individuelt for hvert prosjekt. [91] Solinnstrålingen ved Eidet omsorgssen-ter for ulike vinkler vises i Figur 5.3, og den total solinnstrålingen for de ulike helnings-vinkler vises i Tabell 5.3. Den høyeste solinnstålingen for Eidet omsorgssenter oppnås ut fra Figur 5.3 og Tabell 5.3 ved en vinkel for panelene på omtrent 40 grader. Verdiene fra tabellen er beregnet ved hjelp av en nettbasert kalkulator [93]

Tabell 5.3:Årlig solinnstråling på sørvendt flate ved ulike vinkler for Eidet omsorgssenter Vinkel Total årsproduksjon

[kWh/m2]

0^◦ 796.65

30^◦ 938.46 40^◦ 950.04 45^◦ 948.20 50^◦ 941.16 60^◦ 912.42 90^◦ 711.66

5.3 Energieffektivisering av omsorgssenter

Jan Feb Mars April Mai Juni Juli Aug Sep Okt Nov Des

kWh/m2

Måned

Horrisontalplanet 45 grader 30 grader 40 grader

50 grader 60 grader 90 grader

Figur 5.3:Solinnstråling for Eidet omsorgssenter ved sørvendt orientering for ulike vinkler