Klimatfilen
Som klimatfil för simuleringarna användes Stockholm-Bromma 1977. Detta innebär att simuleringarna utfördes utifrån rådande temperaturförhållanden i Stockholm-Bromma 1977. Stockholm och Nyköping ligger vid östkusten och avståndet mellan städerna är ca 10 mil, årsmedeltemperaturen mellan städerna borde därför vara så pass liten att den inte har någon större inverkan på slutresultatet. Ett bergvärmelager är ett trögt system vilket leder till att systemet har svårt att tillgodose snabba och stora förändringar, något som därför kan ha påverkat resultatet är det faktum att klimatfilen följer temperaturen från ett specifikt år. Vid en jämförelse mellan klimatfilen och medeltemperaturen under en 30: års period förekommer vissa skillnader. I klimatfilen Stockholm-Bromma 1977 är årets kallaste månad februari och årets varmaste månad juni i jämförelse mot klimat data som samlats in under en 30: års period visar att årets kallaste månad är januari och årets varmaste är juli (47). Detta leder till att när klimatfilen körs i en loop om 11 år påverkas systemets effekttoppar både i tid och storlek. Detta påverkar bergvärmelagrets
konstruktion och prestanda.
Befintliga borrhål
På fastigheten finns idag ett bergvärmelager bestående av 48 borrhål som förser delar av lasarettet med värme och kyla. Detta bergvärmelager behandlas inte i denna rapport. Då det befintliga bergvärmelagret kommer hamna relativt när det nya bergvärmelagret
kommer dessa konkurrera om samma energi. Detta leder till att de möjliga energiuttaget ur marken kommer att vara något lägre än det som behandlas i denna rapport. Om detta inte tas hänsyn till finns risk att energiuttaget ur marken blir så stort att marken inte hinner återladdas. Detta kan leda till att antingen permafrost bildas och att
bergvärmelagret inte kan utvinna någon mer värme eller att marktemperaturen blir så hög att ingen kyla går att utvinnas.
Programmet
IDA ICE är ett simuleringsprogram som varit tillgängligt en längre tid för olika
simuleringar inom den byggda miljön. I denna rapport används en undermodul till IDA ICE som heter GHX-MIR som utvecklats för att klara simuleringar innehållande flera borrhål. Denna undermodul är en så kallad beta version vilket innebär att den är under utveckling och inte släppt till försäljning än. Programmets tillförlitlighet kan därför ifrågasättas och eventuella buggar skulle kunnat påverka resultatet.
Eftersom undermodulen är en beta version under utveckling finns inga personer med kunskap om modulen förutom programutvecklarna på EQUA det finns heller ingen tillgänglig dokumentation som t.ex. användarmanualer detta har gjort programmet svår hanterligt och eventuella inställnings missar kan ha påverkat slutresultatet.
Värmepumpen som används för att utvinna energi i borrhålslagret är av en vanlig liten hushållsvariant som har skalats upp för att möta de ökade behov som byggnaden står för.
Detta leder till att den inte kommer att återspegla verkligheten utan programmet behandlar värmepumpen som en ideal värmepump vilket leder till att alla förluster som finns i verkligheten försummas samtidigt som in- och uttemperaturerna till borrhålen inte begränsas annat än att tillräcklig energimängden vilket hämtas upp ur marken stämmer överrens med det behov som finns. Detta leder till att temperaturer ner mot -16°C uppnås fast detta skulle leda till permafrost och frysning av ledningar. Därför kan inte dessa temperaturer användas för att se förändring i marken utan andra mätpunkter får användas.
Byggnaden
Då byggnaden bara är i planeringsstadiet finns en rad osäkra faktorer som skulle kunna påverka resultatet. Byggnadens konstruktion och utformning är inte fastställt vilket innebär att U-värden och byggnads arean kan ändras. En sådan förändring kan få stor inverkan på byggnadens kyl och värmebehov. Om kyl och värmebehovet ändras kommer
bergvärmelagret måste dimensioneras om för att undvika stora temperaturförändringar i marken.
Verksamheten i byggnaden är inte heller fastställd till hundra procent. Byggnaden kommer innehålla en undercentral på källarplan, akutmottagning på plan 1, kontor på plan 2 och en operationsavdelning på plan 3. Men det diskuteras också om möjligheten att införa en steriliserings avdelning på plan två istället för enbart kontor. Detta skulle medföra ett ökat ventilationsflöde då en steriliserings avdelning innehåller stora
diskmaskiner som alstrar både värme och fukt. Ett ökat ventilationsflöde innebär ett ökat kyl- och värmebehov vilket skulle påverka simuleringsmodellens uppbyggnad.
Interna laster
De interna lasterna som skapas utav människor och utrustning i främst operation och akutavdelningen är svår bedömda då dessa till stor del styrs av det aktuella
sjukdomsläget. Värdet på de siffror som använts i modellen är baserade på ett medelvärde från besöks statistik på akuten och antal utförda operationer per år. Dessa värden
förutsätter ett jämt flöde till dessa avdelningar vilket inte stämmer överens med verkligheten. Hur mycket folk som antingen behöver opereras eller besöka en akutmottagning varierar med tiden. Genom att använda medelvärden försummas effekttopparna som uppstår till följd av att ett stort antal människor vistas i lokalerna samtidigt. I och med att extremvärdena när väldigt lite folk eller väldigt mycket folk vistas i lokalen försummas, försummas även extremvärdena för ventilationen samt kyl och värmebehovet. När detta försummas jämnas effekttopparna ut och det blir därför svårt att veta hur bergvärmelagret klarar av att möta dessa toppar.
6 Slutsats
Slutsatsen som kan dras utifrån denna studie är att bergvärmelagret bestående av 50 och 179 borrhål klarar av att täcka 80 % det årliga kyl- och värmebehovet. Vilket är den nivå bergvärmepumpar dimensioneras efter. Det är därför nödvändigt att kombinera
bergvärmelagret med ett system för toppvärme och toppkyla på grund av att dess tröghet.
På grund av den stora skillnaden mellan värmebehov och kylbehov så sjunker marktemperaturen för de tre olika systemen vilket på sikt leder till att försämrad verkningsgrad samt risk för permafrost. Det är därför nödvändigt att jämna ut energiuttaget mellan kyla och värme för att skapa ett system i jämnvikt.
7 Förslag till framtida studier
I denna rapport behandlas inga ekonomiska aspekter utan bara systemets funktionalitet.
Det skulle därför vara intressant med en studie som behandlar den mest ekonomiska systemlösningen för NLN:s bergvärmelager.
En annan aspekt som skulle vara intressant att studera är vilka andra möjligheter som NLN har för att utvinna fri-energi. En sådan studie skulle kunna innehålla NLN:s möjligheter att använda solenergi och frikyla från Nyköpingsån.
8 Litteraturförteckning
1. A Karlsson, L Quistgaard,Å Jardeby, O Räftegård. Borrhåls- och grundvattenlager [Online].Geopower; [Citat: 2012 Dec.]
http://www.sp.se/sv/index/research/eu-project/interreg/geopower/Documents/Borrhals%20och%20grundvattenlager_praktisk%2 0handbok%20om%20geoenergi.pdf.
2. Dobinski, W. Permafrost. Earth-Science Reviews. 2011, Vol. 108, ss. 158-169.
3. Chua K.J, Chou S.K, Yang W.M, Yan J. Achieving better energy-efficient air conditioning – A review of technologies and strategies. Applied Energy. 2013, Vol. 104, ss. 87-104.
4. Thollander P, Rohdin P, Moshfegh B, Karlsson M, Söderström M, Trygg L.
Energy in Swedish industry 2020 – current status, policy instruments, and policy implications. Journal of Cleaner Production. 2013, Vol. 51, ss. 109-117.
5. Ekonomifakta.se. [Online]. Stockholm: Ekonomifakta; den 4 Sep 2013. [Citat: den 14 sep 2013.]
http://www.ekonomifakta.se/sv/Fakta/Energi/Energibalans-i-
Sverige/Energianvandning-utveckling/?from12217=2009&to12217=2010&columns12217=,1,2,3,.
6. Energimyndigheten.se. [Online] Eskilstuna: Energimyndigheten; den 20 maj 2013.
[Citat: den 4 sep 2013.] http://www.energimyndigheten.se/sv/Statistik/Slutlig-anvandning/Bostader-och-service/.
7. Zeng H, Diao N, Fang Z. Heat transfer analysis of boreholes in vertical ground heat excangers. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2003, Vol. 46, ss. 4467-4481.
8.L G Linder, P Linnstrand. Framtagande av nytt Miljöprogram för Landstinget Sörmland [Online]. Landstingetsormland; [Citat: 2013 juni 11].
http://www.landstingetsormland.se/PageFiles/37763/%C2%A7%2073%20Framtagande%
20av%20nytt%20Milj%C3%B6program%20f%C3%B6r%20Landstinget%20S%C3%B6r mland.pdf.
9. D A Ball, R D Fischer, D I Hodgett. Design methods for ground-source heat pumps.
ASHRAE Summer Meeting: 1983. ss. 416-440.
10. J Lund, B Sanner, L Rybach, R Curtis, G Hellström. Geothermal Heat Pumps-A world overview. GHC Bulletin: 2004 sep, Vol. 25, ss. 1-9.
11. J Barth, O Andersson, B Norell, G Hellström, M Berg, S Gehlin, H Frank, G Risberg, J E Nowacki. Geoenergi i samhället – En viktig del i en hållbar
energiförsörjning. GEOTEC: 2012. ss. 13-18 .
12. Morgensen, P. Fluid to Duct Wall Heat Transfer in Duct System Heat Storages [Konferans]. The International Conference on Subsurface Heat Storage in Theory and Practice: 1983. ss. 652-657.
13. Wigstrand, I. A sustainabel solution for Stockholm Arlanda airport [Online].
Arlanda Energi: [Citat: 2013 sep]
http://www.underground- energy.com/The_ATES_project___a_sustainable_solution_for_Stockholm-Arlanda_airport.pdf.
14. O Andersson, J Barth, G Hellström. Geoenrgi-Underlagsrapport Vägval energi[Online]. IVA:[Citat: 2009.] ss. 6-11.
http://www.iva.se/PageFiles/9145/V%C3%A4gval_geoenergi.pdf
15. M Bock, M Scheck-Wenderoth. Research on utilization of Geo-energy. Energy Procedia. 2013, Vol. 40, ss. 249-255.
16. M Kuhn, C Juhlin, H Held, V Bruckman, T Tambach, T Kempka. Energy, Resources & the Environment-Some future challenges. Energy Procedia. 2013, Vol. 40, ss. 1-5.
17. H Sköldberg, T Unger, M Olofsson. Marginalel och miljövärdering av el. Elforsk AB. 2006, ss. 5-7.
18. Heikkilä, K. Enviromental evaluation of an air-conditioning system supplied by cooling energyfrom bore-hole based heat pump system. Building and Environment. 2008, Vol. 1, ss. 51-61.
19. Malmberg.se. [Online] Åhus: Malmberg, [Citat: 2013 sep 16]
www.malmberg.se/geoenergi/referenser_geoenergi/arlanda_luftfartsverket_energilager.
20. B Horsfield, H J Krautz, M Mutti. Geoenergy-From visions to solutions. Chemie der Erde - geochemistry. 2010, Vol. 1, ss. 51-61.
21. Cms.bsu.edu. [Online] Muncie: Ball State University. [Citat: 2013 sep 17]
cms.bsu.edu/about/geothermal.
22. http://www.greenprophet.com [Online] GreenProphet. [Citat: 2013 sep 17]
www.greenprophet.com/2012/10/mena-geothermal-jordan-aum/ .
23. A Bagdanavicius, N Jenkins. Power reguirements of ground source heat pumps in a residential area. Applied Energy.2013, Vol. 102, ss. 591-600.
24. Energimydigheten.se. [Online] Eskilstuna:Energimydigheten, den 25 april 2012.
[Citat: den 21 nov 2013.] http://www.energimyndigheten.se/sv/Hushall/Din-uppvarmning/Varmepump/Bergvarme/.
25. Erik Björk, José Acuña, Eric Granryd, Palne Mogensen, Jan-Erik Nowacki, Björn Palm, Kenneth Weber. Bergvärme på djupet [Online]. Stockholm : KTH Royal Institute of Technology, 2013. ss. 73-86.
26. Elforsk.se Förstudie CO2-neutral energilösning för kirsinebergshöjden [Online]Stockhlm: Elforsk, den mars 2012 [Citat: den 21 nov 2013.]
https://www.google.se/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0 CC8QFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.elforsk.se%2FProgramomraden%2FAnvandni ng%2FRapporter%2F%3Fdownload%3Dreport%26rid%3D12_14_&ei=ffLvUuHuAcXk 4QSqmoCwAQ&usg=AFQjCNGQE7sEVUIA6tgDWwaWhT7XFZHlGA&sig2=5ufVp w4-IYxLI55Kmzg6lw&bvm=bv.60444564,d.bGE
27. Hellström, Göran. Energilager i mark, olika systemlösningar. [Online] Gerox [Citat:
2008]
28. M Pesl, D Gorincanec, J Krope. Thermal influence between boreholes in vertical geothermal heat exchangers and response functions. Heat and Mass transfer. 2008, ss.
50-53.
29. M Pesl, D Gorincanec. Response functions and thermal influence forvarious multiple borehole configurations in ground coupled heat pump systems. Heat and Mass transfer.
2007, Vol 3 ss. 61-71.
30. Tomislav Kurevija, Domagoj Vulin, Vedrana Krapec. Effect of borehole array geometry and thermal interferences on geothermal heat pump system. Energy Conversion and Manegment. 2012, Vol. 60, ss. 134-142.
31. X.Q.Zhai, Y. Yang. Experiance of the application of ground source heat pump system in an archives building. Energy and buildings. 2011, Vol. 43, ss. 3263-3270.
32. Energimyndigheten.se. [Online] Eskilstuna: Energimyndigheten. den 25 04 2012.
[Citat: den 15 12 2013.] http://www.energimyndigheten.se/Hushall/Din-uppvarmning/Varmepump/.
33. Z Y Guo, X B Liu, W Q Tao, R K Shah. Effectiveness-thermal resistance method for heat exchanger design and analysis. International Journal of Heat and Mass Transfer.
2010, Vol. 53, ss. 2877-2884.
34. J Schiffmann, D Favrat. Design, experimental investigation and multi-objective optimization of a small-scale radial compressor for heat pump applications. Energy. 2010, Vol. 35, ss. 436-450.
35. M J Moran, H N Shapiro. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. 6th.
JOHN WILEY SONS, 2010. ss. 58-62.
36. D S Kim, I Moretti, H Huber, M Monsberger. Heat exchangers and the performance of heat pumps-Analysis of a heat pump database. Applied Thermal Engineering., 2011, Vol. 31, ss. 911-920.
37. effektiv.org. [Online] Effektiv; den 03 jan 2008. [Citat: den 15 dec 2013.]
http://www.effektiv.org/miljobel/forklaring.asp.
38. Geotec.se. [Online] Geotec; 2011. [Citat: den 15 dec 2013.]
http://www.geotec.se/geoenergi-ar-fornyelsebar-och-skonsam-for-bade-miljon-och-planboken/vad-ar-geoenergi/.
39. H Yang, P Cui, Z Fang. Vertical-borehole ground-coupled heat pumps: A review of models and systems. Applied Energy. 2010, Vol. 87, 1, ss. 16-27.
40. G Hellström, B Sanner. PC-programs and modelling for borehole heat exchanger design. International Geothermal Days. 2001, ss. 1-9.
41. Energy.gov. [Online] U.S Department of Energy; 2011. [Citat: den 23 sep 2013.]
apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/software.cfm/ID=537/pagename=alpha_l ist_sub.
42. Niskanen, J. PTS Belysning [Online]. Landstinget Sörmland [Citat: den 07 nov 2013.] http://www.landstingetsormland.se/PageFiles/12564/PTS%20Belysning%202009-01-19%20rev.%202010-06-22,%20inkl%20bilaga.pdf.
43. Sveby.org. [Online]. Stockholm:Svebyprogrammet, den 05 jun 2013. [Citat: den 22 okt 2013.] http://www.sveby.org/wp-content/uploads/2013/06/Brukarindata-kontor-version-1.1.pdf.
44.lanstingetsormland.se. [Online] Nyköping:Landstingetsormland, den 13 nov 2012.
[Citat: den 22 okt 2013.] http://www.landstingetsormland.se/Halsa-vard/Akut-vard/Akutmottagningar/Akutmottagningen-nykopings-lasarett/Jamforelser/.
45. Arbetsmiljöverket. Arbetsplatsens utformning [Online].Arbetsmiljöverket, den 8 okt 2009. [Citat: den 07 nov 2013.] http://www.av.se/dokument/afs/afs2009_02.pdf.
46. Renhet i operationsrum. SIS TK 527. Stockholm:Swedish Standards Institute.
47. A Bigélius. VVS Handboken. Stockholm: Förlags AB VVS; [1974 sep].
48. C Eklöf, S Gehlin. Luleå:TED. A Mobile equipment for thermal respons test.
Tekniska högskolan I luleå [Citat: 2013 dec 12]
http://pure.ltu.se/portal/files/43952049/HLU_EX_1996198E_SE.pdf
49. Austin, W A. Development of an in stiu system for measuring ground thermal properties. Oklahoma stat Univeristy. 1995,.
50. Heikkilä, K. Enviromental evaluation of an air-conditioning system supplied by cooling energy from bore-hole based heat pump system. Building and Environment.
2008, ss. 51-61.