Värmepumpssystem för nära-nollenergihus Nya utmaningar kräver ny lösningar Svein Ruud SP Energiteknik

Full text

(1)

Värmepumpssystem för nära-nollenergihus Nya utmaningar kräver ny lösningar

Svein Ruud – SP Energiteknik

(2)

Projektinformation

Projektstart: April 2012 Projektslut: Juni 2014

Finansiering/deltagande:

– Effsys+

– TMF - Trä och Möbelföretagen – Skanska Teknik / SBUF

– SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut – Bosch Thermoteknik / IVT

– Danfoss / Thermia – Enertech /CTC

(3)

Projektgrupp

Projektledare: Svein Ruud – SP Assisterande projektledare : Martin Persson – SP

Tekniska experter: Caroline Haglund Stignor – SP

Jessica Benson – SP

Företagsdeltagare: Anders Rosenkilde – TMF

Tommy Walfridson – Skanska Teknik AB

Kent Karlsson – Enertech/CTC

Timo Haak – Bosch/IVT

Gunnar Eklund – Bosch/IVT

Olav Öhmark – Danfoss/Thermia

Magnus Lantz – Danfoss/Thermia

(4)

Bakgrund

EU-direktivet om byggnaders energiprestanda 2010/31/EG (EPBD2) kräver att alla nya byggnader ska ha mycket låg energianvändning, “nära-noll”, fr.o.m. 1 januari 2021.

Beräkningar har visat att i ett Svenskt klimat så är berg-/markvärmepumpar ett mycket bra

alternativ ur energisynpunkt, men att befintliga modeller är för stora och för dyra för att kunna användas i småhus med mycket låga värmebehov.

Även för flerbostadhus hade beräkningar i ett tidigare avslutat Effsys+ projekt visat att

värmepumpar är ett konkurrenskraftigt alternativ, men att det finns behov av att utveckla systemlösningarna.

Ett viktigt randvillkor för en ”nära-nollenergibyggnad” är att kravnivåerna inte bara ska vara tekniskt möjliga att uppnå utan att de även ska ligga på en kostnadsoptimal nivå.

(5)

Målsättning

Projektet skulle:

• Visa vilken energibesparing som kan uppnås i ett småhus respektive ett flerbostadshus med ett värmepumpsystem installerat på ett optimalt sätt ur ett systemperspektiv, samt kombinerat med ett energieffektivt klimatskal och ventilationsvärmeåtervinning

• Visa på möjligheterna att med hjälp av solvärme och solel ytterligare reducera energianvändningen ned mot en ”nära-nollenergi”-nivå, liksom lönsamheten ur ett livscykelperspektiv (LCC) för dessa olika lösningar

• Utveckla konkurrenskraftiga värmepumpsystem som industrin kan vidareutveckla för både den svenska marknaden och exportmarknaden

(6)

Delmål

• Utveckla teoretiska koncept för småhus och flerbostadshus som “nära-nollenergihus”

• Utveckla och utvärdera en prototyp av ett värmepumpsystem som klarar kravnivåerna för

“nära-nollenergi”, F-gas-, Eco Design- och RES-direktivet och samtidigt med en LCC som gör det till ett kostnadseffektivt alternativ

• Förbättra beräkningsmodeller för “nära-nollenergibyggnader”

• Deltagande i IEA HPP Annex 40 HP4NZEB koordinerat av Carsten Wemhöner, Schweiz

(7)

Målnivåer för ”nära-nollenergibyggnader” föreslaget av Energimyndigheten (jämfört med befintliga kravnivåer i befintliga BBR 20) ER 2010:39

Klimatzon

Elvärmda Icke-elvärmda

I II III I II III

Bostäder 50

(95)

40 (75)

30 (55)

75 (130)

65 (110)

55 (90)

Lokaler 50-75 *

(95-131)

40-60 * (75-104)

30-45 * (55-78)

70-105 * (120-192)

60-90 * (100-159)

50-75 * (80-126)

*) Beroende på luftflöde

Inga nivåer är ännu beslutade, men regeringen har uttalat att

“nära-nollenergi”-nivån bör vara skarpare än befintliga kravnivåer - åtminstone för de flesta byggnadstyper och klimat.

Boverket och Energimyndigheten arbetar för närvarande med flera

regeringsuppdrag kring detta – bl.a. ett som heter “Kontrollstation 2015”

(8)

Ingen gemensam definition av en ”nära-nollenergibyggnad”

Det är upp till varje medlemsland att utifrån nationella och regionala förutsättningar definiera vad en “nära- nollenergibyggnad” är i respektive land.

Detta innebär att det kommer att finnas minst lika många

definitioner som det finns medlemsländer i EU

(9)

Systemlösningar för projektets typhus

Värmekälla

• Berg-/markvärmepump

Ventilationsvärmeåtervinning

• FTX

Värmedistribution

• Golvvärme

(10)

Projektets typhus (1)

Hustyp Småhus NNE Flerbostadshus NNE

Antal hushåll/lägenheter 1 40

Antal boende 4 80

Hushållsel 4800 kWh/år 112 MWh/år

Specifik energianvädning, hushållsel 30 kWh/(år m2 Atemp) 28 kWh/(år m2 Atemp)

Övrig byggnadsel - 8 MWh/år

Specifik övrig byggnadsel - 2 kWh/(år m2 Atemp)

Tempererad golvarea, Atemp 160 m2 4000 m2 *

Inre area omslutande klimatskal, Aom 390 m2 6000 m2

Nominellt luftflöde; 0,35 liter/(s m2 Atemp) 56 liter/s 1,4 m3/s

Genomsnittligt värmegenomgångstal, Um 0,2 W/(K m2 Aom) 0,3 W/(K m2 Aom) Lufttäthet (vid ±50 Pa) 0,2 liter/(s m2 Aom) 0,3 liter/(s m2 Aom) Spec. ventilationsvärmeförlust (vid DVUT) 0,14 W/(K m2 Atemp) 0,14 W/(K m2 Atemp)

ventilationsvärmeförlust 22,4 W/K 0,56 kW/K

temperaturverkningsgrad ca 80 % ca 80 %

Specifik fläkteffekt SFP ** ≤ 1,5 W/(liter/s) ≤ 1,3 kW/(m3/s)

fläkteffekt ≤ 85 W ≤ 1,8 kW

Specifik fläktenergi ≤ 4,5 kWh/(år m2 Atemp) ≤ 4,0 kWh/(år m2 Atemp)

fläktenergi ≤ 700 kWh/år ≤ 16 MWh/år

(11)

Projektets typhus (2)

Specifik pumpeffekt värme- och varmvattendistribution *** ≤ 0,3 W/(m2 Atemp) ≤ 0,3 W/(m2 Atemp) pumpeffekt värme- och varmvattendistribution ≤ 50 W ≤ 1,2 kW

Specifik pumpenergi värme- och varmvattendistribution ≤ 1,5 kWh/(år m2 Atemp) ≤ 1,3 kWh/(år m2 Atemp) pumpenergi värme- och varmvattendistribution ≤ 250 kWh/år ≤ 5 MWh/år

Specifik värmeförlust varmvatten/VVC vid stand-by ≤ 0,5 W/(m2 Atemp) ≤ 0,3 W/(m2 Atemp) värmeförlust varmvatten/VVC vid stand-by ≤ 80 W ≤ 1,2 kW

Specifikt värmebehov varmvatten/VVC vid stand-by ≤ 4,5 kWh/(år m2 Atemp) ≤ 2,5 kWh/(år m2 Atemp) värmebehov varmvatten/VVC vid stand-by ≤ 700 kWh/år ≤ 10 MWh/år

Specifikt värmebehov i klimatzon III 36,5 kWh/(år m2 Atemp) 34,5 kWh/(år m2 Atemp)

värmebehov i klimatzon III 5800 kWh/år 138 MWh/år

Maximalt effektbehov ut på värmesystemet 4 kW 75 kW

Specifikt varmvattenbehov (exkl. värmeförluster) 21,5 kWh/(år m2 Atemp) 17,5 kWh/(år m2 Atemp) varmvattenbehov (exkl. värmeförluster) 3400 kWh/år 70 MWh/år

Specifik energibehov netto, inkl. hushållsel 100 kWh/(år m2 Atemp) 90 kWh/(år m2 Atemp) energibehov netto, inkl. hushållsel 16 000 kWh/år 360 MWh/år

Specifik energianvändning (köpt energi), inkl. hushållsel **** 60 kWh/(år m2 Atemp) 55 kWh/(år m2 Atemp) energianvändning (köpt energi), inkl. hushållsel 9 600 kWh/år 220 MWh/år

Specifik energianvändning (köpt energi), exkl. hushållsel 30 kWh/(år m2 Atemp) 27 kWh/(år m2 Atemp) energianvändning (köpt energi), exkl. hushållsel 4 800 kWh/år 108 MWh/år

(12)

Prestanda för utvecklade värmepumpsystem

Värmepump för enfamiljshus Värmepump för flerfamiljshus

P HP heat, 0/35°C 4750 (W) P HP heat, 0/35°C 90,0 (kW)

COP, heat, 0/35°C 4.24 (-) COP, heat, 0/35°C 4.60 (-)

P HP heat, 0/45°C 4500 (W) P HP heat, 0/45°C 87,0 (kW)

COP, heat, 0/45°C 3.28 (-) COP, heat, 0/45°C 3.66 (-)

A-klassad cirkulationspump Ja A-klassad cirkulationspump Ja

Tomgångseffekt, el 55 (W) Tomgångseffekt, el 1,2 (kW)

Installerad eleffekt 4500 (W) Installerad eleffekt 35,9 (W)

(13)

Beskrivning av de olika antagna solsystemen

Energi, kWh Yta, m2 Toppeffekt, kWp Enfamiljshus Solvärme 1 940 4,5 -

Solel 3 000 21 3,3

Flerfamiljshus Solvärme 41 800 97 -

Solel 40 000 260 44

För överskottselen har det antagits nettodebitering på månadsbasis i LCC-kalkylerna

(14)

Beräkning av energiprestanda, Enfamiljshus

(15)

Beräkning av energiprestanda, Flerfamiljshus

(16)

LCC-analys

Variabel Värde Enhet

Diskonteringsränta 4.0%

Kalkylperiod 30 år

Elpris (medelvärde) 1.46 SEK/kWh

Fjärrvärmepris (medelvärde) 0.67 SEK/kWh

Pelletpris (medelvärde) 0.55 SEK/kWh

Elprisökning per år 3.0%

Fjärrvärmeprisökning per år 2.0%

Pelletprisökning per år 2.0%

För elpris, fjärrvärmepris och pelletspris har månatliga variationer under året har använts.

Ovanstående tabell ger medelpriserna för el, fjärrvärme och pellets.

(17)

Månadsfördelning energianvändning i LCC-analysen

(18)

Indata LCC-analys - Enfamiljshus

Typ av investering Investeringskostnad (SEK) Livslängd (år)

Bergvärmepump 73 500 15

Borrhål 37 500 75

Luft/vatten-värmepump 80 800 15

Fjärrvärmecentral 20 600 20

Pelletpanna 63 750 20

Solfångare + ackumulatortank 56 250 20

Skorsten 18 750 20

Rör mm. 6 250 30

PV- installation, totalt per kWp 20 000

PV-moduler, per kWp 12 000 25

Växelriktare, per kWp 2 000 15

PV-moduler: ytterligare kostnader, per kWp 6 000 25

PV-installation: bidrag, per kWp -7 000 25

(19)

LCC småhus

(20)

Indata LCC-analys

Multifamily house Investment

(SEK)

Life expectancy (yr)

GSHP 440 000 15

Bore hole 308 000 75

District heating sub station 60 000 20

Solar thermal collector + accumulator tan 100 000 20

PV-installation, total per kWp 20 000

PV-module:, per kWp 12 000 25

Inverter, per kWp 2 000 15

PV-modules: additional costs, per kWp 6 000 25

PV-installation: subsidy, per kWp -7 000 25

(21)

LCC flerbostadshus

(22)

Känslighetsanalys diskonteringsränta för flerfamiljshuset

(23)

Slutsatser

• Systemlösningen med ett välisolerat och tätt hus med golvvärme och FTX-ventilation i kombination med en heltäckande bergvärmepump klarar med god marginal den av Energimyndigheten föreslagna kravnivån för “nära-nollenergi”-byggnader.

• Ur ett LCC perspektiv är lösningen även konkurrenskraftig gentemot fjärrvärme, vilken för samma byggnad inte klarar den föreslagna kravnivån.

• Ovanstående gäller för både småhuset och flerbostadshuset.

• Solel och solvärme ger ytterligare förbättring av energiprestandan, men för småhuset är endast solel lönsamt ur ett LCC-perspektiv (om nettodebitering på månadsbasis).

• För samma flerbostadhuset med fjärrvärme är solel och solvärme nödvändigt för att klara föreslagen kravnivå.

• Bergvärmealternativet är mindre känsligt för variationer i energiprisökningar.

(24)

Behov av fortsatt arbete

• Är billigare on/off värmepumpar lönsammare än dyrare(?) frekvensstyrda.

• Dimensionering av varmvattenbehov och värmepumpar i flerbostadshus.

• Installation och styrning av golvvärme i flerbostadshus.

• Optimering av dimensionering och samstyrning av solel och solvärme i kombination med värmepump

• Minimering av installationskostnaden för solvärme i småhus med värmepump.

• Integrering av borrhål, värmepump och FTX-ventilation, exempelvis

förvärmning och komfortkylning av uteluft med borrhål/värmepump

(25)

Título capítulo

Tack för uppmärksamheten!

För mer information:

svein.ruud@sp.se

Figur

Updating...

Referenser

Updating...

Relaterade ämnen :