Utvunnen värme ur energibrunn

Då köldbärarvätskans temperatur in i borrhålet är 0℃ genereras en

uppvärmningseffekt på 27,7 W/m, vilket resulterar i att köldbärarvätskans temperatur upp ur borrhålet hamnar på 5,4℃. Värmeeffekten för ett borrhål landar för dessa temperaturer på 7610 W och den totala värmeeffekten för samtliga borrhål uppgår då till 60,1 kW. I Figur 13 redovisas hur den upptagna effekten minskar desto längre köldbärarvätskan färdas i

kollektorslangen samt hur köldbärarvätskans temperaturförändring börjar stagnera.

Figur 13. Värmeeffekten som köldbärarvätskat tar upp för varje meter i kollektorslangen samt temperaturförändringen för varje meter.

För att uppnå turbulent flöde i kollektorslangarna krävs ett minsta flöde på 0,12 l/s och en hastighet på 0,12 m/s vilket resulterar i ett totalt flöde på 0,93 l/s från alla kollektorslangar.

6.1.3 Pumpeffekt

Märkeffekten på pump 1 är 0,55kW och är projekterad för ett flöde på 0,33 l/s, alltså ett totalt flöde på 2,64 l/s. Genom insättning av värden från Tabell 6 i Ekvation 4 erhålls en krävd eleffekt för pump 1 vid det projekterade flödet på 0,79 kW. Att ändra flödet från 2,64 l/s till 0,93 l/s, skulle innebära en sänkning med 64,8 %.

6.2 Pump 2

Värden i Tabell 8 är erhållna genom offert från företag X och ligger till grund för pump och rörberäkningar. Fluidhastigheten in i kylbatteriet i alternativ två ligger över hastigheten rekommenderad i avsnitt 2.4. Tabell 8. Specifikationer för de olika batterierna.

Ø

mm ^{Fluidhastighet} (m/s) ^Flöde (l/s)

Kylbatteri efter LA01 _{30 0,66 0,66}

Kylbatteri samlingssalen _{19 0,82 0,12}

Värmebatteri före LA01 _{39 0,61 0,89}

I Tabell 9 finns den antagna längden på rörledningen, det uträknade värdet på Reynolds tal som användes för att ta reda på friktionskoefficienten genom Moody-diagrammet samt det antagna antalet av 90˚-böjar och munstycken i rörkretsarna.

Tabell 9. Resultat för Reynolds tal, friktionsfaktor, antal strömningsmotstånd (ζ), krävt tryck av pump 2, samt effektbehov L (m) Re ^λ ζ 90˚ böj (st) ζ mun-stycke (st) Tryckfall batteri (kPa) Totalt tryckfall (kPa×s) Ptot (W)

Om de olika batterierna skulle ha egna kretsar med rördimensioner

anpassade efter inloppsdiametern, skulle tryckfall samt krävd effekt uppgå till de värden som redovisas i Tabell 9. En pump med effekt som tillgodoser värmebatterikretsens behov kommer även kunna tillgodose kylbatterikretsen i de två olika alternativen.

6.3 Kyl- och värmebatteri

Kyl- och värmebatterierna har dimensionerats av företag X efter luftflödet i Tabell 10 och referenstemperaturen 18℃. Specifikationerna redovisade i Tabell 10 och 11 överlämnades av företag X.

Tabell 10. Specifikationer för luften som går genom kyl- samt värmebatteri

Flöde (l/s) Temp. in (℃) Temp. ut (℃)

A lt . 1 Kylbatteri 1360 26 18 Värmebatteri 1360 – 16 – 5 A lt . 2 Kylbatteri 240 26 18 Värmebatteri 1360 – 16 – 5

I Tabell 11 visas in- och uttemperaturer och flöde för köldbärarvätskan i respektive batteri.

Tabell 11. Specifikationer för köldbärarvätskat som går genom kyl- och värmebatteri samt batteriernas högsta kapacitet ^Flöde (l/s) Temp. in (℃) Temp. ut (℃) Högsta kapacitet (kW) A lt . 1 Kylbatteri 0,662 10 15 13,40 Värmebatteri 0,892 5 0 18,06 A lt . 2 Kylbatteri 0,117 10 15 2,36 Värmebatteri 0,892 5 0 18,06 6.3.1 Kylbatterier

Går köldbärarvätska med temperaturen 10℃ in i kylbatterierna, sänks lufttemperaturen från 26℃ till 18℃ för både alternativen och

köldbärarvätskans temperatur höjs då till 15℃. Dimensioneringen av kylbatterierna har gjorts för en relativ luftfuktighet på 50 %.

Vid summering av kylbehovet uppgår månadsbehovet för alternativ ett till 2,37 MW och för alternativ två till 0,42 MW. I Figur 14 presenteras kylbehovet för varje dag för både alternativen. Den högsta påträffade temperaturen, 29℃, inträffade under datumen 25, 26 och 27. Dessa dagar uppgår kylbehovet för alternativ ett till 256,7 kWh och för alternativ två, 45,3 kWh. Det högsta påträffade kylbehovet för dessa datum är 12,04 kW för alternativ ett och 2,13 kW för alternativ två.

Figur 14. Grafen till vänster visar kylbehovet i för alternativ ett och grafen till höger visar kylbehovet för alternativ två behovet är uträknat med hjälp av temperaturer från juli 2019

I Tabell 12 redovisas några olika temperaturer till vilka uteluften kyls i den roterande värmeväxlaren vid höga utomhustemperaturer,

frånluftstemperaturen som går in i den roterandevärmeväxlaren är satt till 24℃. För att kylbatterierna ska utsättas för 26℃, som de är dimensionerade efter, måste utomhustemperaturen uppgå till 32℃.

Tabell 12. Olika temperaturer efter återvinnaren (Tåtervunnen) vid olika temperaturer (Tute) under sommarmånaderna. Tute (℃) Tåtervunnen (℃) 40 27,8 35 26,6 32 26,0 30 25,4 28 25,0 25 24,2

6.3.2 Förvärmningsbatteriet

Värmningskapaciteten för varje dag, baserad på temperaturer från december 2019 och antagandet att värmebatteriet kan värma uteluften till 3℃,

redovisas i Figur 15. Högst värmeeffekt inträffar 1e och 28e december och uppgår till 209,3 kW, dessa dagar är minitemperaturen -7℃ och

maxtemperaturen den 1e 0℃ och den 28e -3℃. Genomsnittseffekten krävd för dessa två dagar blir 8,72 kW och värmebatteriets maxkapacitet är 18,06 kW. Programmet för värmeeffekt finns i bilaga 6.

Figur 15. Krävd värmeeffekt för varje dag i december månad, baserat på temperaturer från december 2019

Om uteluften med hjälp av förvärmningsbatteriet höjs till 3℃ kommer den roterande värmeväxlaren i ventilationsaggregatet LA01 höja temperaturen ytterligare till 17,5℃. I Tabell 13 visas till vilka temperaturer uteluften höjs vid antagen verkningsgrad på 75 % och antagen frånluftstemperatur på 22℃ i den roterande värmeväxlaren. Tåtervunnen är temperaturen efter den roterande värmeväxlaren som också då blir temperaturen på luften som går in i

eftervärmningsbatteriet där uppvärmning sker med hjälp av fjärrvärme. Tabell 13. Temperaturer efter återvinnaren (Tåtervunnen) vid olika utomhustemperaturer(Tute) under vintermånaderna, samt värmeeffekten som krävs från eftervärmningsbatteriet

Tute (℃) Tåtervunnen (℃) Ytterligare krävd

effekt (kW) – 16 13,0 8,13 – 5 15,6 3,90 – 3 16,0 3,25 0 16,8 1,95 3 17,5 0,81

I Tabell 13 redovisas även hur mycket energi som behöver tillsättas luften för att nå referenstemperaturen på 18℃. Eftervärmningsbatteriet kommer endast behöva höja tilluften med 0,5℃ om förvärmningsbatteriet klarar värma till 3℃, för att nå 18℃ krävs då endast en tillsatts av 8,13 kW.

6.4 Kostnader

Vid antagandet att värmebatteriet kan värma luften till 3℃ anger värmeeffektsprogrammet en månadseffekt på 1,7 MWh. Skulle en värmeeffekt på 1,7 MWh förses med hjälp av fjärrvärme hade kostnaden uppgått till 1076 kr, då Allbohus betalar 633 kr/MWh för fjärrvärme se Tabell 14.

Tabell 14. Kostnader för de olika batterierna och den resulterande kostnaden för de båda alternativen. Kylbatteri (kr) Värmebatteri (kr) Total kostnad (kr)

A lt .1 13270 11150 24420 A lt . 2 _{5300 11150 16450}

I tabell 14 redovisas priserna för batterierna för de två olika alternativen, skillnaden i kostnad mellan kylbatterierna uppgår till 7970kr. Priserna erhålls från företag X.

Tabell 15. Drifttid vid användning av vanlig pump och intelligent pump samt medföljande driftkostnader exklusive moms. Tid, Intelligent drift, kyla (h) Tid, konstant drift (h) Tid, Intelligent drift värmning (h) Tid, konstant drift (h) Kostnader intelligent pump (kr) Kostnader Vanlig pump (kr) A lt .1 177,0 744,0 74,3 744,0 5,8 34,3 A lt . 2 _{177,0 744,0 74,3 744,0 3,1 22,9}

Kostnader för drift av vanlig och intelligent pump för de två olika alternativen redovisas i Tabell 15, för dessa värden används en

frånluftstemperatur på 24℃. Kostnaden innefattar driftkostnad för kylning en sommarmånad samt driftkostnaden för en vintermånad, baserat på

temperaturer för juli respektive december 2019. Driftkostnaderna för pump 2 är 11,4 kr dyrare för alternativ ett jämfört med alternativ två vid användning av shuntreglering. Vid användning av intelligent pump är alternativ ett 2,7 kr dyrare jämfört med alternativ två. Priset för de passande pumparna som söktes fram ur Grundfos sortiment och uppgick till 5000 kr för en vanlig pump och till 7660 kr för en intelligent.

Tabell 16. Total kostnad pump, kyl och värmebatteri samt drift i juli och december

^{Kostnad, intelligent system (kr) Kostnad, shuntsystem (kr)}

A lt . 1 _{32 086 29 454} A lt . 2 _{24 113 21 473}

I Tabell 16 redovisas den totala kostnaden vid summering av batterikostnad, pumpkostnad och pumpdriftskostnad. Den totala prisskillnaden mellan alternativen uppgår till 7 973 kr vid installation av system med intelligent pump och till 7 981 kr vid användning av system med shuntreglering.

7. Diskussion

Beräkningar som gjorts är baserade på antaganden, förenklingar och våra egna tolkningar. Det kan ha påverkat resultatet, då verkligheten är mycket mer komplex. Nedan följer en diskussion kring de faktorerna som har haft störst betydelse för resultatet.

7.1 Energibrunnar

Brunnsprotokollet för de borrade brunnarna saknades och har inte blivit registrerat i SGUs brunnsarkiv vilket resulterade i att antagande om förhållande kring Furuliden fick göras baserade på SGUs kartvisare. I beräkningsprogram om energibrunnar användes sekundärdata, alltså forskning som är framtagen av tidigare studier för andra förhållanden. En avvikande faktor för det använda värdet för borrhålets termiska motstånd, är att det stämmer för en kollektorslang med tjockleken 2,1 mm medan

kollektorslangarna i Furuliden har en tjocklek på 5 mm. En större tjocklek på kollektorslangarna resulterar i ett mindre effektutbyte i energibrunnen, det skulle resultera i en högre uttemperatur på köldbärarvätskan. Därför angavs en uttemperatur på köldbärarvätskat som var något högre än vad programmet för effektuttag genererade.

Beräkningar har inte gjorts för att ta reda på om de åtta borrhålen påverkar varandras effektuttag, vilket också gör att beräkningarna för effektutbyte är mindre tillförlitliga.

7.2 Pump 2

För att beräkna strömningsmotståndet krävdes en uppskattad längd på rörledningen från platsen där borrhålets kollektorslangar går in i fastigheten till kyl- och värmebatterier. På grund av utbrottet av covid-19 har platsbesök på Furuliden inte varit möjligt, istället har byggnadsritningar av Furulidens källarplan och bottenplan använts för att uppskatta rörlängden, alltså kan den verkliga krävda rörlängden skilja sig mycket från vårt antagande.

Pumpeffekten som beräknades bortsåg från självcirkulationen som uppstår i rör vid densitetskillnader. Det gjordes eftersom den självcirkulation som skulle uppstå i slingan ansågs försumbara på grund av liten rördiameter och små temperaturskillnader.

7.3 Kyl- och värmebatteri

Vid offertförfrågning behövde företag X bland annat kanaldimensionerna för att dimensionera lämpliga kyl- och värmebatterier. Då ritningar för

ventilationen saknades antogs kanalerna vara cirkulära, då det vanligen rekommenderas. Dimensionering av företag X är gjord med ett bör-värde på 18 ℃ för tilluften, grund bör-värdet för tilluften på Furuliden är 20 ℃. Vid dimensionering av kylbatterier har en temperatur på 26 ℃ och en relativ fuktighet på 50 % använts av företag X. Skulle den relativa fuktigheten vara över 65 % vid samma temperatur kommer kondens utfällningar ske, vilket leder till att mer kyleffekt kommer krävas.

Temperaturen efter värmeåtervinnaren beräknades för en

temperaturverkningsgrad på 75 % vilket tillhör det lägre spektret. Den roterande värmeväxlaren har varit i bruk i ca två år, damm och andra föroreningar har troligtvis tagit sig in i värmeväxlaren som medför en sänkt verkningsgrad. En lägre verkningsgrad antogs för att hellre räkna på för låga värden och överdimensionera än att underdimensionera. Vid beräkning av temperaturen efter värmeåtervinnaren användes en temperatur för frånluften på 22 ℃ på vintern och 24 ℃ på sommaren. Dessa temperaturer valdes baserat på antagandet att solen värmer upp ytor i större utsträckning på sommaren än vad den gör på vintern. De uppvärmda ytorna värmer i sin tur luften.

Resultatet för hur mycket värmebatteriet kan avlasta eftervärmningsbatteriet är vilseledande då ingen hänsyn har tagit till värmeåtervinningen som görs vid den roterande värmeväxlaren, därför kan en siffra på energibesparing inte anges.