Energiförbrukningen är extremt mycket högre vid snöproduktion inomhus än utomhus, främst på grund av den extra energi som krävs för att bortföra den värme som avges vid fasomvandling från vatten till is. Det framgår däremot tydligt att det är mer gynnsamt att producera snö i en extern lokal än direkt inuti skidtunneln.
Dessutom är det mycket troligt att transporten av natursnö i realiteten är mer energikrävande än produktion av motsvarande snömassa på artificiellt vis. Detta beror på att den korta körsträckan innebär många starter och stopp för traktorn och lastbilen, vilket tillsammans med tomgångskörning markant förhöjer energiförbrukningen jämfört med de redovisade nivåerna.
Med detta i åtanke bör snön ur energimässig aspekt produceras och lagras utomhus.
Eftersom driftkostnaden enligt beräkningsmodellen är i princip direkt relaterad till energiförbrukningen gäller samma resonemang även vad gäller den ekonomiska potentialen.
Den överlägset största investeringskostnaden som krävs för att tillgodose skidtunnelns snöbehov uppkommer dock för den externa produktionslokalen, förutsatt att den konstrueras endast för detta ändamål. Det är därför viktigt att finna externa intressenter som kan hjälpa till att finansiera denna lokal om den över huvud taget ska konstrueras. Förutom tidigare nämnd snöforskningsverksamhet kan snökanontillverkare vara en potentiell målgrupp. Om skidtunneln anpassas för däcktestning och snö måste bytas ut kontinuerligt samt varieras i kvalitet motiveras konstruktionen av en extern produktionslokal i högre grad.
Även den driftrelaterade miljöpåverkan som uppstår är markant högre för inomhusalternativen, förutsatt att el från det nordiska elnätet används. Beroende på vilka kraftproducenter som är anslutna till detta nät kan växthusgasutsläppen variera i absoluta termer, men den inbördes relationen mellan de olika alternativen för att tillgodose skidtunnelns snöbehov förblir i praktiken ändå densamma. Om istället förnyelsebar energi används blir växthusgasutsläppen negligerbara för samtliga alternativ utom natursnölagring, vilket har kommenterats vidare under avsnittet 8.4.3 Miljöpåverkan.
Det som däremot kan noteras är att natursnölagring ger upphov till betydligt högre växthusgasutsläpp än motsvarande konstsnöalternativ trots att start, stopp och tomgångskörning inte räknats med. Dock är de totala växthusgasutsläppen på grund av transport av natursnö väldigt låga; ungefär i paritet med koldioxidutsläppen från en genomsnittlig svensk personbil vid 1500 mils körning (Transportstyrelsen, 2013).
8.1 Snöproduktion
All snöproduktion som sker utomhus förutsätter att vinden är så stark att ny luft ständigt tillförs snökanonen. Om luften inte byts ut tillräckligt fort värms den så mycket att produktionskapaciteten kan sjunka markant. Detta är dock under normala omständigheter inget stort problem, varför denna faktor inte tagits med i beräkningsprocessen.
Sambandet för beräkning av våttemperatur är som nämnt en approximation, och kan vid låg relativ luftfuktighet orsaka avvikelser upp till 1,0°C mot verkligheten. Vid relativ luftfuktighet över 80 % är avvikelsen 0,5°C eller lägre. Medel- och medianvärde för den relativa luftfuktigheten relaterad till detta arbetes beräkningar är 81 respektive 84 %, varför
65
inverkan på de slutgiltiga resultaten till följd av avvikelser i våttemperaturen kan anses vara negligerbar.
8.1.1 Vattentemperatur
Vattnet som tillförs snökanonen har antagits hålla temperaturen 1°C under samtliga tidpunkter på året. Detta är dock en approximation som är motiverad endast vintertid. Under sommarhalvåret kan i bästa fall temperaturen 4°C uppnås, vilket kräver att vattnet pumpas från botten av fjärden samt att fjärden är tillräckligt djup för att bevara så låga temperaturer året runt. Rimligen kommer vattnet därför att behöva kylas, till exempel av ett kyltorn, innan det pumpas till snökanonerna, vilket i så fall skulle öka energiförbrukningen ytterligare för produktion direkt i skidtunneln eller i en extern produktionslokal. Det bör dock poängteras att fasomvandlingen från vatten till is är den faktor som är mest signifikant och att en ökning av vattnets temperatur från 1 till 10°C endast skulle medföra en ökning av den avgivna värmen från snökanonerna med omkring 10 %.
8.1.2 Pumpsystem och omrörare
Både omröraren och pumpsystemet kräver tillförsel av el, vilket inte har beaktats vid beräkningar av energiförbrukning. Dessa faktorer är dock i princip oberoende av vilken typ av snökanon som används, eftersom en lika stor snömassa måste produceras av kanonerna och därmed skillnaden i det erforderliga vattenflödet endast beror på hur stor andel av vattnet som omvandlas till snö. Denna andel har i enlighet med tillverkarnas data angivits till 100 % för de temperaturspann som respektive kanon definierats för. Därmed kan det konstateras att jämförelsen mellan de olika snöproduktions- och snölagringssystemen inte påverkats nämnvärt av uteslutandet av elförbrukningen från omrörare och pumpsystem. Det kan i sammanhanget nämnas att för en typisk skidanläggning står pumpning av vatten för ungefär en tredjedel så mycket energiförbrukning som kompression av luft till snökanoner (Energy &
Resource Solutions, 2004). Slutligen bör det också nämnas att den ekonomiska analysen genom ett statistiskt samband inkluderar kostnader för pumpsystemet, varför det endast är energiförbrukningen som påverkats av uteslutandet av denna del av systemet.
8.1.3 Val av snökanonmodell
Den snökanon som valts för de övergripande jämförelserna, Demaclenko FA540, finns i dagsläget endast i demoexemplar på Lindbäcksstadion. Utifrån den analys som utfördes för de olika snökanonmodellerna är det dock skäligt att anta att oavsett vilken modell som faktiskt används kommer de huvudsakliga resultaten i form av energiförbrukning och produktionstid att vara relativt likartade. För att kunna utföra en rättvisande teoretisk analys av modellerna SMI Standard PoleCat och Top Gun 3 krävs dock mer ingående uppgifter om deras produktionskapacitet.
8.1.4 Produktion för snölager
Inledande försök med Problemlösaren i Excel gjordes med målet att finna den optimala tidsfördelningen av snöproduktionen för att minimera energiförbrukningen. I denna modell var tanken att ta hänsyn till att snön smälter till följd av perioder med hög temperatur även under årets tre första månader då snön produceras. Dock fick modellen förkastas på grund av begränsningar i programmets och datorns prestanda. En alternativ lösning togs därför fram,
66
för vilken optimeringsprocessen inte beaktar dessa avsmältningsperioder utan istället utgår ifrån de lägsta våttemperaturerna under produktionsperioden.
För det aktuella området är dock avsmältningen under januari-mars ytterst insignifikant, varför skillnaden mellan de två metoderna blir försumbar. Det bör också poängteras att detta har liten betydelse för den faktiska snöproduktionen eftersom utomhustemperaturen inte är känd på förhand. I praktiken definieras därför en högsta temperatur för vilken snökanonen tillåts operera. Därmed är det sannolikt att energianvändningen i realiteten blir högre såvida inte en väldigt låg temperaturgräns väljs, något som dock inte rekommenderas eftersom det i så fall föreligger en stor risk för att en stor andel av snön måste produceras i periodens slutskede vid ogynnsamma temperaturer för att den erforderliga snömassan ska kunna tillgodoses.
8.2 Lagring och transport av snö
Eftersom ingen hänsyn tagits till avdunstning och utgående långvågig strålning är det vid en första anblick rimligt att anta att de avsmältningsförluster som beräknats är något överdrivna jämfört med verkligheten. Dock kompenseras detta rimligen av att isoleringen i praktiken inte kommer att vara helt jämnt fördelad, samt att värmeöverföringen från marken under den varmaste delen av året sannolikt är högre än de teoretiska beräkningarna visar.
Avsmältningen varierar beroende på lagertjocklek mellan 6 och 37 % över ett års tid. Detta kan jämföras med praktiska mätningar för det mindre snölager som anordnats vid Lindbäcksstadion, där en snövolym på 2419 m3 och 50 cm isolerande bark under perioden maj-oktober förlorade 30 % av sin massa (Lintzén, 2012). Med detta i åtanke kan resultaten för 10 respektive 20 cm isoleringstjocklek anses vara realistiska, medan motsvarande resultat vid 30 cm är orealistiskt lågt. Detta bekräftas vid analys av beräkningsmodellen för konstant värmeflöde maj-oktober använts. Dessutom är detta värmeflöde baserat på data för snölagret vid Sundsvalls sjukhus, där markens sammansättning är annorlunda och bland annat inkluderar ett asfaltskikt. Således är denna del av avsmältningsberäkningarna synnerligen approximativ, men eftersom markavsmältningen endast utgör en relativt liten fraktion av totalen har dessa antaganden inga noterbara implikationer för de snölagerrelaterade resultaten som helhet.
8.2.1 Påfyllning av snö i skidtunneln
Beräkningarna är utförda med antagandet om att all snö byts ut efter ett år, vilket möjligen inte är nödvändigt. Detta beror uteslutande på hur mycket snön slits och smutsas ned, vilket i sin tur är relaterat till personbelastningen i tunneln. Om det visar sig att snön behöver bytas ut mindre frekvent kan givetvis dimensioneringen av snölagret anpassas efter de nya förutsättningarna. Av rent logistiska skäl är det dessutom troligt att påfyllningsperioden
67
kommer att förskjutas någon månad bakåt i tiden, eftersom besöksantalet troligen kommer att vara lägre då.
Det kan också diskuteras huruvida det är nödvändigt att kontinuerligt fylla på snö i skidtunneln, framför allt under sommarhalvåret. Ett alternativ är att endast skrapa bort det utslitna toppskiktet och låta snötäckets tjocklek minska under säsongens gång, varigenom stora energibesparingar kan åstadkommas, speciellt om snön annars hade producerats inomhus. Om slitaget blir större än väntat är det dock av essentiell betydelse att kunna tillföra extra snö oavsett tidpunkt, antingen från ett lager eller genom direkt produktion. Ett tjockare initialt snötäcke implicerar också att kylsystemet måste jobba hårdare för att bevara snökvaliteten i ytskiktet, vilket ökar energiförbrukningen.
Om en del av skidtunneln anpassas för däcktestning ökar betydelsen av att kunna fylla på snö kontinuerligt, eftersom denna typ av verksamhet medför ett större slitage på snön. I vissa fall kan det finnas behov av att alternera snökvaliteten i denna del av tunneln inom en kort tidsperiod, vilket med fördel kan tillgodoses genom snöproduktion i en extern lokal.
8.2.2 Bearbetning och hantering av snö
Samtliga snölagringsalternativ kommer utöver hittills nämnda faktorer även att behöva innefatta bearbetning av den lagrade snön innan den förs in i skidtunneln. Detta beror på att snöns struktur blir i det närmaste islik efter att den lagrats en tid och därmed påverkats av den ovanliggande snöns tryck samt avsmältning och återfrysning i ytskiktet.
I realiteten sker vissa avsmältningsförluster vid bearbetning och hantering av snön, inte minst då snön transporteras från sin lagrings- eller tillverkningsplats in till tunneln. För fallet extern produktionslokal kan denna förlust i princip elimineras genom att ansluta lokalen direkt till tunneln, vilket även medför en potentiell minskning av kylbehovet för respektive byggnad.
8.2.3 Inomhuslagring
Utifrån den analys som utfördes i Bilaga B – Alternativa lösningar framkom det att lagring av snö inuti skidtunneln kan vara ett tänkbart alternativ till utomhuslagring under ett isolerande träflisskikt. Avsmältningsförlusterna vid inomhuslagring är försumbara, och eftersom lagringen sker i en redan nedkyld lokal blir även den tillkomna energiförbrukningen mycket låg. Detta alternativ kräver dock tillgång till ett stort utrymme med hög takhöjd, exempelvis en träningsyta, vilket inte var en förutsättning då detta arbete utfördes. Alternativet är dock värt att analyseras vidare vid fortsatta utredningar.
8.2.4 Natursnölagring
Förutom de resultat och resonemang som presenterats finns det ett antal faktorer som talar emot användning av natursnö. Framför allt är detta alternativ än mer klimatberoende än artificiell snöproduktion, eftersom det utöver låga temperaturer också kräver stora mängder nederbörd. Snöns kvalitet är också osäker, främst på grund av risken för smuts och föroreningar. Därmed är det troligt att natursnö behöver processeras i större utsträckning än konstsnö för att få önskad kvalitet innan den används i tunneln.
Även transporterna kan innebära vissa problem, både vad gäller påverkan på det naturliga trafikflödet i området, framkomligheten närmast fjärden och inte minst isens bärighet. Det är
68
rimligt att anta att en ny väg måste anläggas den sista biten ned till fjärden för att detta alternativ ska kunna genomföras, något som sannolikt medför stora kostnader. Slutligen bör det också poängteras att detta alternativ kräver tillgång till både lastbil och traktor under ett antal dagar, vilket innebär en belastning både för ekonomi och miljö.
8.3 Nedkylning av lokaler för inomhusproduktion
På grund av den stora avdunstning som sker när man producerar snö är det i praktiken mycket svårt att åstadkomma ett optimalt inomhusklimat. En förutsättning för att det över huvud taget ska lyckas är att använda mycket stora frånluftsfläktar för att leda bort kondensen (Skoglund, 2014). I den mån det är möjligt har det tagits hänsyn till detta vid implementering i VIP-energy genom att kapaciteten för kylmaskin och ventilationssystem ökats. Dock är det sannolikt att ytterligare ökningar av framför allt frånluftsflödet erfordras i verkligheten, vilket bör utredas vidare innan systemet tas i bruk.
Framför allt bör det poängteras att produktion inuti skidtunneln med konventionella snökanoner inte är realistiskt, främst beroende på att tunnelns form medför att luftens hastighet och därmed fläktarnas effekt måste vara extremt hög för att uppbåda erforderlig kylning. Vid beräkningsprocessen har det antagits att värme- och fukttillskottet från snökanonen distribueras jämnt över tunneln, vilket i realiteten inte är troligt. Därför kan detta alternativ framstå i bättre dager än det borde. Jämförelsen mellan produktion inuti skidtunneln respektive en extern lokal är dock intressant för att påvisa betydelsen av byggnadens geometri för energiförbrukningen.
I detta sammanhang bör det också nämnas att den version av programvaran VIP-energy som användes inte inkluderade något grafiskt modelleringsläge, varför vissa oklarheter rådde kring skidtunnelns och produktionslokalens sammansättning. Således bör de resultat som erhållits med hjälp av detta program verifieras med beräkningar för hand eller i ett likvärdigt simuleringsprogram.
Vad gäller de erforderliga effekter som presenterats för de två inomhusalternativen bör det också poängteras att dessa endast är uppskattningar och att mer ingående beräkningar är nödvändigt innan något av systemen tas i bruk.
8.4 Ekonomi och miljö
8.4.1 Investeringskostnad
Den av planeringsgruppen uppskattade kostnaden för skidtunneln bör användas med viss försiktighet. Räknat per areaenhet blir investeringskostnaden 4444 SEK/m2, vilket i enlighet med Tabell 1 är lägre än motsvarande värden för samtliga tunnlar som byggts under 2000-talet. Förvisso planeras materialvalet och därmed konstruktionsprocessen att vara annorlunda för Lindbäcksstadions skidtunnel, men med tanke på inflation och tunnelns tekniska utformning finns det en överhängande risk för att den faktiska investeringskostnaden kommer att överstiga den uppskattade.
Med tanke på att skidtunnelns investeringskostnad är oviss blir så även fallet för produktionslokalens motsvarande kostnad, eftersom den enligt det samband som använts beror linjärt på skidtunnelkostnaden.
69
Produktion av kanonsnö innebär troligtvis ingen nyinvestering eftersom snökanoner av god kvalitet redan finns att tillgå på stadion. Eftersom snölagring redan bedrivs på området är det sannolikt att både utrustning och personal även för detta ändamål finns att tillgå. Om snö ska hämtas från den närliggande fjärden kan det dock uppstå investeringskostnader relaterade till eventuell väganläggning.
8.4.2 Driftkostnader och intäkter
Driftkostnaden för snölagring kan minskas markant om kostnaden för isoleringsmaterialet minimeras. En potentiell lösning till detta är ansöka om sponsring från ett lokalt sågverk, som i utbyte mot subventionerat träflispris kan erhålla goda möjligheter till marknadsföring.
Under den nedkylningsperiod som uppkommer vid produktion av snö direkt i skidtunneln erfordras det att tunneln stängs av för allmänheten, vilket ger upphov till ett inkomstbortfall.
Dessutom kan detta upplevas som ett störningsmoment framför allt för de mer regelbundna besökarna.
8.4.3 Miljöpåverkan
Förutsatt att elbehovet tillgodoses med förnyelsebar energi blir miljöpåverkan i form av växthusgasutsläpp synnerligen marginell, undantaget de transporter som krävs för snöhantering och eventuell natursnölagring. Dock kvarstår den potentiella risk för påverkan av närmiljön som köldmedieanvändning innebär, liksom den miljöpåverkan som sker under konstruktionsfasen av skidtunnel och produktionslokal samt den eventuella väganläggning som erfordras för natursnöalternativet. Därför är det ur miljörelaterad aspekt alternativet snölager med utomhus produktion av snö som bör förordas.
8.5 Potentiella felkällor
Så många värdesiffror som möjligt har använts vid samliga beräkningar för att undvika avrundningsfel. Dock har i vissa fall resultat redovisats med fler värdesiffror än den faktiska noggrannheten för att förenkla vid jämförelser.
Vid uppmätning av inomhusklimatet i de finländska skidtunnlarna kan vissa mätfel ha förekommit på grund av felaktigheter i utrustningen eller inkorrekt användande av denna.
Dock stämde de uppmätta värdena i merparten av fallen väl överens med angiven data från anläggningarnas personal, varför mätprocessen som helhet kan anses ha varit korrekt.
Däremot noterades stora osäkerheter vid låga vindhastigheter, troligen beroende på att utrustningen i dessa fall i högre grad påverkades av yttre faktorer såsom rörelser eller skakningar. De resulterade luftflödena kan därför ej anses vara helt tillförlitliga.
70
8.6 Känslighetsanalys
En enklare känslighetsanalys utfördes för alternativen snölager med utomhus produktion av snö samt lagring av natursnö. I denna analys studerades utomhustemperaturens respektive snödensitetens påverkan på energiförbrukningen.
Tabell 22: Förändring i energiförbrukning för konstsnö- respektive natursnölagring vid variation av oberoende parametrar. ekvivalenta för två jämförda snölagringsmetoderna. En minskad densitet för den packade snön innebär att mindre snö behöver produceras eller transporteras, vilket följaktligen minskar energiförbrukningen. Den densitet som använts vid de ursprungliga beräkningarna är giltig för större snölager, varför det är troligt att den faktiska snödensiteten i skidtunneln kommer att vara något lägre. Därför utreddes ingen ökning utan endast en minskning av densiteten.
För att illustrera påverkan av en kall respektive varm säsong ökades och minskades de timbaserade värdena för utomhustemperaturen med 5°C. Framför allt energiförbrukningen vid det varmare scenariot är intressant förutsatt att den globala och lokala uppvärmningen fortsätter.
Det är rimligt att anta att även kostnader och växthusgasutsläpp förändras på ett liknande vis som energiförbrukningen, då dessa parametrar är ytterst nära relaterade.
För konstsnölagret kontrollerades det också för normalfallet hur stor andel av förlusterna som orsakas av konvektion på grund av vind samt strålning från solen. Genom att växelvis sätta ingångsdatan för dessa termer till noll uppdagades det att solinstrålningen står för drygt 8 % av de totala avsmältningsförlusterna, medan motsvarande värde för vinden är 16 %. Därmed kan det konstateras att om snölagret ska skyddas från någon av dessa avsmältningskällor så bör det i första hand vara vinden, vilket kan lösas till exempel genom att placera lagret i närheten av ett skogsparti. Samma scenario infaller rimligen även för natursnölagring eftersom den lagrade snömassan och därmed avsmältningsförlusterna är identiska för de två alternativen.
Ingen känslighetsanalys utfördes för de två inomhusalternativen då det bedömdes som alltför tidskrävande att modifiera den klimatfil som ligger till grund för dessa beräkningar.
8.7 Förslag på fortsatt arbete
8.7.1 Dimensionering av skidtunnel
Innan något av de utredda systemen för produktion och lagring av snö implementeras bör den slutgiltiga utformningen av skidtunneln bestämmas. Detta gäller framför allt eventuella dimensionsändringar som förändrar det erforderliga snöbehovet, exempelvis implementering av en större träningsyta eller utvidgning av en del av tunneln för däcktestning.
71 8.7.2 Snöproduktion
För att vara så realistisk som möjligt bör utredningen av olika snökanoner även inkludera vattenpumpningssystemet på området. Dessutom är det av visst intresse att göra en mer utförlig bedömning av produktionskapaciteten för en lans. Båda dessa förslag kräver dock att data som inte fanns att tillgå vid detta arbetes genomförande erhålls.
8.7.3 Snölagring
Beräkningsmodellen för snölagrets energibalans bör utvidgas till att omfatta även avdunstning, samt modifieras så att godtagbara resultat erhålls även vid tjockare isoleringsskikt. Detta kan åstadkommas genom att göra en modell i ett simuleringsprogram såsom ANSYS Fluent, varigenom det även är möjligt att i högre grad ta hänsyn variationer av solinstrålning, luftfuktighet och nederbörd.
En utredning bör dessutom göras av alternativa isoleringsmaterial såsom bark. Slutligen kan det konstateras att inomhuslagring bör analyseras vidare, speciellt om en träningsyta
En utredning bör dessutom göras av alternativa isoleringsmaterial såsom bark. Slutligen kan det konstateras att inomhuslagring bör analyseras vidare, speciellt om en träningsyta