Energianalys och bestämning av nyckeltal hos badanläggningar

Energianalys och bestämning av nyckeltal hos badanläggningar

Erik Persson

Civilingenjörsprogrammet i

Energiteknik vid Umeå Universitets

Tekniska högskola

((EN….))

Sammanfattning

Syftet med arbetet har varit att genomföra energianalyser, bestämma nyckeltal för energianvändning samt att komma med förslag på ändrade systemlösningar för befintliga badanläggningar.

Energianalyserna tar upp beräkningsmetoder för att bestämma erforderlig energianvändning uppdelat på processerna avdunstning, processvatten, transmission och luftbehandling samt metoder för att bestämma elenergianvändningen hos värmepumpar, fläktar och annan elektronisk utrustning.

Nyckeltalen baseras på genomförda energianalyser, besökarantal och lokalernas totala golvarea vilket ger en bild av effektiviteten hos respektive anläggning.

Utifrån energianalyserna har förslag på ändrade systemlösningar och andra energibesparande åtgärder tagits fram.

De studerade anläggningarna är IKSU spa, Bjurholms simhall och Umeå simhall vilka bestämdes ha följande nyckeltal:

• IKSU spa 0,2 MWh/m² och 41,6 kWh/badande

• Bjurholms simhall 1,0 MWh/m² och 61,3 kWh/badande

• Umeå simhall 0,5 MWh/m² och 22,2 kWh/badande Detta tyder på att IKSU spa har den mest effektiva energianvändningen i förhållande till den totala lokalytan medan Umeå simhall har det högsta antalet badande per år. Förklaringarna ligger i att Bjurholms och Umeås simhallar är omoderna tack vare sin ålder medan IKSU spa är nyare men med färre besökare. IKSU spa är till skillnad från de övriga anläggningarna dessutom avsedd för relax vilket betyder att flera energikrävande processer ingår i anläggningen bland annat i form av tre varma källor.

Gemensamt för dessa anläggningar är dess problem att upprätthålla kraven på tillåten kloraminhalt i badvattnet vilket gör att extra avblödning utöver teoretiskt lämplig mängd tillämpas. Detta medför att en större vattenvolym än nödvändigt måste tillsättas och värmas.

Problemet kan åtgärdas med installation av UV-ljus behandling eller med ozontillsats vilken oxiderar organiska föreningar så att inget bundet klor i form av kloraminer bildas.

Slutligen bör möjligheten att täcka poolerna undersökas i syfte att reducera avdunstningen.

Abstract

The purpose of this study has been analysis of the energy consumption, constructing ratios for energy usage and to propose changes in system solutions for existing swimming facilities.

The energy analysis handles calculation methods for determination of required amount of energy divided in evaporation, process water, transmission and air treatment and methods for calculation of electric energy consumption in heat pumps, fans and other electronic

equipment.

Ratios of energy usage are based on performed energy analysis, amount of visitors and the total area of the separate facilities, which provides good information of the individual effectiveness.

Based on performed analysis some different propositions regarding changes in system solutions and other minor changes have been constructed.

The studied facilities are IKSU spa, Bjurholms bath and Umeå bath was found to have the following energy ratios:

• IKSU spa 0,2 MWh/m² and 41,6 kWh/bathing person

• Bjurholms bath 1,0 MWh/m² and 61,3 kWh/bathing person

• Umeå bath 0,5 MWh/m² and 22,2 kWh/bathing person This leads to the conclusions that IKSU spa has the most energy effective facility in terms of energy usage per indoor area whilst Umeå bath has got the highest amount of visitors per year. The explanations are that Bjurholms- and Umeå baths are old buildings whilst IKSU spa is rather new but with less number of visitors.

Furthermore is IKSU spa a facility built for relax which means that there are more processes with high energy need like their three hot pools.

All of these swimming facilities have common problems upholding the demands regarding amount of chloramines in the water due to insufficient water treatment, which causes an extra amount of water to be replaced. This could easily be fixed by installing either UV-treatment equipment or ozone additive, which oxidizes organic compounds leaving no chloramines.

Finally the possibility of pool coverage should be taken into consideration.

Innehållsförteckning

1. IN LEDNING ...1

1.1 BAKGRUND... 1

1.1.1 Energidirektivet...1

1.2 FÖRUTSÄTTNINGAR... 2

1.3 SYFTE... 2

1.4 MÅL... 2

2. TEORI...3

2.1 LUFTBEHANDLING... 3

2.1.1 Fläktar...4

2.1.2 Värmeväxlare ...5

2.2 VATTENCIRKULATION OCH UPPVÄRMNING... 6

2.2.1 Vattencirkulation...6

2.2.2 Pumpar ...7

2.2.3 Värmeväxlare ...9

2.2.4 Värmepumpar...9

2.2.5 Vattenuppvärmning ...11

2.3 VATTENBEHANDLING... 11

2.3.1 Filtrering...12

2.3.2 Klorering...13

2.3.3 pH-reglering ...14

2.3.4 Bundet klor...15

2.3.5 UV-ljus...15

2.3.6 Aktivt kol...15

2.3.7 Ozon ...15

2.3.8 Flockning...16

2.3.9 Spädning...16

2.4 TRANSMISSION... 17

2.4.1 Konvektionsförluster ...17

2.4.2 Termisk resistans och värmemotstånd ...18

2.4.3 Geografiska betingelser...19

2.5 FUKT OCH AVDUNSTNING... 20

2.5.1 Specifik och relativ luftfuktighet...20

2.5.2 Avdunstning ...21

2.5.3 Erforderligt uteluftflöde...21

2.5.4 Ångbildningsvärme...22

3. ENERGIANALYSER OCH NYCKELTAL ...23

3.1 NYCKELTAL... 24

4. ENERGISTUDIER VID IKSU SPA...25

4.1 ANLÄGGNINGEN... 25

4.2 TEMPERATURER... 25

4.3 LUFTBEHANDLING... 26

4.4 FLÄKTAR... 26

4.5 VÄRMEVÄXLARE OCH VÄRMEPUMP... 27

4.6 TRANSMISSION... 28

4.7 AVDUNSTNING... 28

4.8 VATTENSYSTEMET... 28

4.9 TOTAL VATTENOMSÄTTNING... 29

4.10 VATTEN UPPVÄRMNING... 29

4.11 RESULTAT OCH ENERGIFÖRDELNING... 30

5. ENERGISTUDIER VID BJURHOLMS BADANLÄGGNING ...32

5.1 ANLÄGGNINGEN... 32

5.2 TEMPERATURER... 32

5.3 LUFTBEHANDLING... 33

5.4 FLÄKTAR... 33

5.5 VÄRMEVÄXLARE OCH VÄRMEPUMP... 33

5.6 TRANSMISSION... 34

5.7 AVDUNSTNING... 34

5.8 VATTENSYSTEMET... 34

5.9 TOTAL VATTENOMSÄTTNING... 35

5.10 VATTENUPPVÄRMNING... 35

5.11 RESULTAT OCH ENERGIFÖRDELNING... 36

5.11.1 Åtgärdsförslag...37

5.11.2 Besparingar...37

6. ENERGISTUDIER VID UMEÅ SIMHALL ...40

6.1 ANLÄGGNINGEN... 40

6.2 TEMPERATURER... 40

6.3 LUFTBEHANDLING... 41

6.4 FLÄKTAR... 41

6.5 VÄRMEVÄXLARE OCH VÄRMEPUMP... 41

6.6 TRANSMISSION... 42

6.7 AVDUNSTNING... 42

6.8 VATTENSYSTEMET... 42

6.9 TOTAL VATTENOMSÄTTNING... 42

6.10 VATTENUPPVÄRMNING... 43

6.11 RESULTAT OCH ENERGIFÖRDELNING... 43

6.11.1 Åtgärdsförslag...44

6.11.2 Besparingar...45

7. DISKUSSION ...47

8. SLUTSATSER ...47

REFERENSER ...48

APPENDIX ...50

1. Inledning

1.1 Bakgrund

I umeåområdet finns idag ett flertal badanläggningar, byggda på 60- och 70- talet, som drivs och sköts av kommunen, men på senare år har driften av dessa anläggningar successivt lagts ut på entreprenad till privata företag. Detta innebär att kommunen fortfarande äger

byggnaderna, men att man hyr ut lokalerna till företag. Dessa företag betalar en s.k.

”kallhyra”¹, vilket innebär att de själva får stå för kostnader som gäller uppvärmning och elanvändning.

Med dagens ökande elpris och det faktum att tekniken gått framåt sedan anläggningarna anlades, vill nu de privata företagen undersöka olika möjligheter för att minska

driftskostnaderna. Förutom stigande elpris är det under år 2006 möjligt att ansöka om konverteringsbidrag² rörande fastigheters uppvärmningssystem på maximalt 30 % av investeringskostnaden [2:1], [2:2].

Vidare kommer i sommar ett EU-direktiv rörande byggnaders energiprestanda att träda i kraft i Sverige, vilket skall öka medvetenheten om hur energieffektiva byggnader är utifrån sina verksamheter.

1.1.1 Energidirektivet

Inom energisektorn tänker nog de flesta när de hör hållbar utveckling på att minska

energibehovet i form av effektivisering, minska farliga utsläpp, hitta alternativa energiformer osv. Det EU vill med sitt energidirektiv är att minska energianvändningen men också reducera utsläppen av klimatstörande gaser³. Ett av kraven i deklarationen är att vid ny- eller

ombyggnation av byggnader ska ett minimikrav i form av energiprestanda sättas. Vidare ska energicertifiering och regelbundna kontroller av byggnader tillämpas. [2:3]

Den totala energiimporten till EU är i dagens läge 50 % av den totala användningen och man räknar med att den siffran kommer att stiga till 70 % inom de närmsta 20-30 åren om

ingenting görs. För att förhindra detta krävs reducerad energianvändning inom unionen. [2:4]

Byggnader av olika slag i Europa står för 40

% av energianvändningen och 30 % av växthusgasutsläppen. För Sverige står bostäder, service m.m. för en

energianvändning ungefär motsvarande ett medelland i Europa.

Figur 1. Sveriges totalenergianvändning 1970 – 2004.

(Bild: Statens Energimyndighet [3:1])

1 ”Kallhyra”, villkor i hyreskontrakt där hyresgästen står för uppvärmningskostnaden.

2 Konverteringsbidrag kan sökas hos länsstyrelsen och avser bidrag för ändrat uppvärmningssystem från olja

1.2 Förutsättningar

De förutsättningar som gäller under detta arbete är framför allt en god kontakt med ägare och driftspersonal vid de olika anläggningarna, tillgång till mätutrustning samt dokumenterad energistatistik för respektive badhus.

1.3 Syfte

Efter att ha satt sig in i hur de aktuella anläggningarna är utformade, hur de tillförs och använder energi ska dessa kunna klassas med hjälp av nyckeltal.

Nyckeltal skall bestämmas för varje enskild anläggning genom att studera energiåtgången och jämföra denna med antalet besökare och lokalens totala yta.

Med hjälp av detta klassningssystem kommer det vara relativt enkelt att skapa sig en grund för hur mycket energi en enskild badanläggning bör konsumera.

Vidare ska anläggningarna studeras och jämföras i hopp om att hitta gemensamma faktorer som kan bidra till den specifika konsumtionen.

Med dessa faktorer som utgångspunkt i det fortsatta arbetet gäller det att hitta alternativa systemlösningar för att minska energiförbrukningen.

Förslag på åtgärder ska tas fram i form av en åtgärdsplan där ekonomiska aspekter likväl som huruvida åtgärderna är genomförbara eller inte ska beaktas. De ekonomiska aspekterna behandlar dock inte installationskostnader specifikt utan ser till besparingar vid eventuellt ändrade systemlösningar.

1.4 Mål

• Med hjälp av driftdata, el- och fjärrvärmefakturor samt egna mätningar ska varje enskild anläggning bedömas. Denna bedömning ska grunda sig på nyckeltal som beskriver hur energieffektiv en anläggning är.

• Utifrån framtagna nyckeltal skall djupare studier genomföras i de anläggningar som har höga energikostnader med syftet att i dessa minska

energiförbrukningen och således reducera driftskostnaderna. Dessa studier skall slutligen resultera i förslag på ändrade systemlösningar hos befintliga anläggningar men också vara till hjälp vid nyproduktion.

• Visar det sig att reningsprocessen vid någon eller några anläggningar bidrar till ökad energianvändning skall detta, i mån av tid, utredas och kommenteras i form av förslag till ändrad systemlösning.

2. Teori

För att beskriva hur en badanläggning fungerar utan att gå in på alla detaljer kan sägas att det krävs tre olika huvudsystem:

först måste man ha någon typ av vattenrening, vidare krävs luftbehandling samt någon form av luft- och vattenuppvärmning. Jag kommer att gå djupare in på dessa olika delområden var för sig i kommande avsnitt.

2.1 Luftbehandling

Luften i ett badhus är tämligen fuktig i jämförelse med andra lokaler, med krav på ca 55 % relativ fuktighet¹, fordras god isolering och tåligt byggnadsmaterial.

Med hög luftfuktighet följer att värmeövergången ökar i ex. värmeväxlare och värmepumpar.

Detta gör att energin hos den fuktiga frånluften kan återvinnas med gott resultat genom installation av värmeväxlare i frånluftsystemet. Förutom dessa åtgärder kan också värmeväxlare kombineras med värmepumpar för att ytterligare effektivisera energiåtervinningen.

För badanläggningar krävs ett ventilationssystem med både till- och frånluftssystem, (FT), då dessa kräver ett stort ventilationsflöde. Tilluften måste i detta fall filtreras, värmas och

distribueras i lokalen. Dessutom finns krav på återvinning, enligt Boverkets byggregler (BBR) [2:5], vilket gör att dessa system behöver kompletteras med värmeväxlare med uppgiften att ta tillvara på den energi som frånluften² har för att värma den inkommande utomhusluften.

Denna typ av ventilationssystem är vanliga i badanläggningar och kallas för FTX-system.

Vidare kan som sagt en värmepump installeras för att bättre ta tillvara på energiinnehållet i avluften³ och använda denna till att värma tilluften⁴ och badvattnet. Dessa system, (FVP), är mycket energieffektiva men en nackdel är den relativt höga investeringskostnaden.

De värmeförluster som uppkommer i samband ventilationen varierar alltså beroende på typ av ventilationsaggregat. För att beräkna hur stora värmeförluster som uppkommer i samband med att varm luft tas ut ur en lokal används följande ekvation:

( ) (

)

ρ⋅ ⋅ − ⋅ −

⋅

= _{v p inne ute} 1

v q c T T

P [W] (1)

där

P = ventilationsförlusten v [W]

q = volymsflödet v [m³/s]

ρ = luftens densitet [kg/m³]

cp= luftens specifika värmekapaciteten [kJ/kg ^oC]

Tinne = inomhustemperaturen [^oC]

1 Mått på luftfuktighet (se avsnitt 2.5)

T = utomhustemperaturen ute [^oC]

η = verkningsgraden för värmeåtervinning [-]

Det årliga energibehovet för att värma erforderlig luftmängd enligt ovan bestäms av:

drifttiden P

v

Energibeho _år = _v ⋅ [Wh] (2)

där

drifttiden= årligt antal timmar med värmebehov [h]

2.1.1 Fläktar

Fläktar används dagligen och i stort sett i alla möjliga miljöer. Kraven på fläktar i

badanläggningar är ungefär samma som de för pumpar, vilket är att de ska vara tysta och stryktåliga. För att beräkna verkningsgraden hos en fläkt används samband som tar hänsyn till tryckändring, luftflöde samt tillförd elektrisk effekt, enligt följande:

⋅1000

∆

= ⋅

el

fläkt fläkt

tot P

P

η q (3)

där

fläkt

q = volymsflödet [m³/s]

fläkt

∆P = tryckändring över fläkten [KPa]

P = eleffekten el [kW]

För att specificera effektiviteten på luftbehandlingssystemet används något som kallas för den specifika fläkteleffekten, SFP (Specific Fan Power), som avser den sammanlagda

fläkteleffekten för tillufts- och frånluftssystemets fläktar vid ett dimensionerande luftflöde som är lika med totalluftflödet genom byggnaden.

( )

största tilluft nät frånluft nät

v q

P

SFP = P ^, + ^, [W/(m³/s)] (4)

SFP -värdet anger således vilken elektrisk effekt en fläkt kräver för att transportera en mv ³ luft per sekund och är normalt mellan 1- och 3 W/m³/s för större fläktar.

Om strömmätningar görs när en fläkt är i drift kan detta värde användas för att beräkna effekten som tillförs motorn. Beräkningarna skiljer sig något beroende på om en fläkt är kopplad för 1- respektive 3 faser.

För 3-fas anslutna fläktar använder man sig av följande samband:

ϕ cos 3⋅ ⋅ ⋅

= U I

P [W] (5)

där

U = nätspänningen [Volt]

I = den uppmätta strömmen mellan ledare och nolledare vid symmetrisk

belastning. [Ampere]

ϕ

cos = effektfaktorn¹. [-]

För att beräkna tillförd effekt till en motor med 1 fas används:

I U

P= ⋅ [W] (6)

För 3-fas och 1-fas räknar man normalt med spänningar på 400 resp. 230 volt.

Denna metod för att beräkna tillförd effekt kan även appliceras för pumpar och annan elektronisk utrustning.

2.1.2 Värmeväxlare

När det gäller att värmeväxla luft till luft krävs speciella värmeväxlare med stora ytareor för att kompensera för den låga värmeövergångskoefficienten som gaser har i jämförelse med vätskor.

För att få en uppfattning om hur stor skillnad det är mellan en vatten-vatten värmeväxlare och en gas-gas värmeväxlare kan nämnas att värmeövergångskoefficienterna för dessa är

850-1700 W/m^{2 o}C respektive 10-40 W/m^{2 o}C. Det är alltså detta låga värde hos gas-gas växlare som det kompenseras för genom att öka den värmeöverförande arean.

För att beräkna den värmeöverföringseffekt som en viss värmeväxlare har använder man sig av:

(

)

cCpc T T

m

Q^⋅ = ^⋅ _, − _, [kW] (7)

och

(

)

hCph T T

m

Q^⋅ = ^⋅ _, − _, [kW] (8)

där

index c och h står för cold respektive hot fluid

h

c m

m^⋅ , ^⋅ = massflöden [kg/s]

C ,C = specifika värmekapaciteter, [kJ/kg ^oC]

T_c,out,T_h,out= utloppstemperaturer [^oC]

T_c,in,T_h,in= inloppstemperaturer [^oC]

Dessa formler används i teorin och tar inte hänsyn till verkningsgraden hos värmeväxlare utan förutsätter att den energi som den ena fluiden avger upptas av den andra. Dividera

värmeeffekten för den kalla fluiden med effekten från den varma vilket ger verkningsgraden hos växlaren.

Ett vanligt sätt att ange en verkningsgrad är att uttrycka den sk temperaturverkningsgraden, dvs:

ute från

ute till

T T

T T

−

= −

η (9)

där

Ttill = tilluftstemperaturen [^oC]

Tfrån= frånluftstemperaturen [^oC]

Tute = utomhusluftens temperatur [^oC]

2.2 Vattencirkulation och uppvärmning

Badvattnet i bassänger kräver ständig cirkulation för att kunna hålla renings- och kemikaliebehandlingsprocesserna under kontroll. Av denna anledning krävs stora energimängder bara för att cirkulera vattnet.

För uppvärmning i badanläggningar används oftast fjärrvärme som värmekälla, vilken används till olika delar av uppvärmningen.

I nyare badanläggningar har man vanligen golvvärmeslingor för att värma badlokaler. Den energi som går åt till att värma golvet i en badanläggning är inte alltför stor eftersom temperaturen i luften och vattnet gör att behovet av golvvärme är begränsat.

2.2.1 Vattencirkulation

En badanläggnings vattencirkulationssystem kan variera från fall till fall men det finns ändå ett antal komponenter som måste ingå i en anläggning för korrekt funktion.

Först och främst krävs en värmekälla som skall växla värme mot badvattnet via en

värmeväxlare. Vidare krävs också pumpar för att cirkulera vatten genom växlare och filter.

En principskiss över en badanläggnings bassängdel och dess vattencirkulationssystem illustreras i figur 2.

Figur 2. Exempel på hur en badanläggnings vattensystem kan se ut. Vattnet som tas ur poolen kommer dels från botten av bassängen men också från ett s.k. bräddavlopp där skvalpvatten rinner ut och passerar ett grovfilter (1). Vidare pumpas vattnet genom filtret (2) samtidigt som en termostat (3) ger information om vattnets

temperatur till värmekällans cirkulationspump (4). Här värmeväxlas (5) då värmekällans varma medium mot badvattnet med ett flöde som ska ge rätt temperatur på vattnet ut till bassängen igen (6).

(Bild: Pahlén, Swimmingpoolutrustning [3:2])

För att vattenkvalitén i en badanläggning ska kunna uppfylla vissa ställda krav krävs att badbelastningen inte är för stor. Vid beräkning av det maximala antalet badande en

anläggning kan klara måste man ta hänsyn till de filter och den rening som är installerad samt den dimensionerade cirkulationstiden. Beroende på bassängtyp måste också omsättningen av vatten genom filtren uppgå till ett visst antal per dygn.

För att kunna bestämma det maximala antalet badande som en viss bassäng klarar av per dygn använder man sig av ett samband baserat på tabellerade riktvärden för olika filter och flödet genom filtren per timme, enligt: [8]

Antalet badande per dygn =Q⋅B⋅T (10)

där

Q= filterflöde [m³/h]

B₌ badbelastning för aktuellt filter och rening, enligt tabell 1 T = cirkulationstid i timmar som får räknas enligt tabell 2

2.2.2 Pumpar

För att beräkna arbetet som en pump uträttar genom att höja vattentrycket använder man sig av följande ekvation: [1:1]

) (P P v

w = − [J/kg] (11)

P och 1 P är tryck före resp. efter pumpen, ₂ [Pa]

v är den specifika volymen innan pumpen, 1 [m³/kg]

Vidare bör sägas att skillnaden i potentiell energi spelar roll, men är höjdskillnaden av mindre betydelse eller om pumpen arbetar i ett slutet trycksatt system kan denna uteslutas i

beräkningarna.

Vill man bestämma den effekt som pumpen levererar använder man sig av följande tillägg till ekvation (11):

vatten ut

ut pump

pump w m

W

⋅

⋅ , = , ⋅ [W] (12)

där

vatten

m^⋅ = massflödet av vattnet som bestäms av

⋅

⋅ = ⋅V

mvatten ρ [kg/s]

där

ρ = vattnets densitet och [kg/m³]

⋅

V = volymsflödet av vatten i systemet [m³/s]

Här gäller att tänka på verkningsgraden hos pumpen för att inte riskera att underskatta pumpens energibehov. Man använder sig av metoden att dividera den uträknade pumpeffekten med dess verkningsgrad för att hitta den verkligt tillförda effekten. [1:1]

η

ut pump in

pump

W , W ^,

⋅ ⋅

= [W] (13)

Detta kommer således att resultera i det verkliga värdet på tillförd effekt om potentiella energiskillnader ej tas med i beräkningarna.

Vid närmare granskning av ekvation sambanden ovan ser vi att detta egentligen är volymsflödet multiplicerat med tryckskillnaden dividerat med verkningsgraden.

η P Wpumpin =V⋅∆

⋅ ⋅

, [W] (14)

där

qär volymsflödet [m³/s]

I en badanläggning finns många olika pumpar med varierande storlek och arbetsuppgifter. De pumpar som är av intresse vid energiberäkningar kan sägas vara de som används till att cirkulera vatten genom pooler och de pumpar som används i ventilationsaggregatens shuntgrupper.

Flera andra pumpar används i samband med tillsats av flockningsmedel och klor men dessa är relativt små och går inte kontinuerligt utan är bara till för att tillsätta kemikalier periodvis vilket gör att dessa normalt inte tas med i energiberäkningar.

2.2.3 Värmeväxlare

För att värma vattnet i en badanläggning krävs en värmeväxling mellan en värmekällas medium och badvattnet. Denna värmekälla kan utgöras av allt från en oljeeldad panna eller eluppvärmning till fjärrvärme eller komplement i form av solenergi. Det vanligaste sättet att värma badvatten på är att värmeväxla detta mot fjärrvärme. De olika typer av växlare som används till detta ändamål är antingen av typ tub-, figur 3, eller plattvärmeväxlare, figur 4.

Figur 3. Skiss över plattvärmeväxlare vilka har Figur 4. Skiss över tubvärmeväxlare med lägre

hög verkningsgrad och kan enkelt rengöras . verkningsgrad än tubvärmeväxlare.

Med tanke på hur mycket vatten som skall värmas är det naturligtvis av allra största vikt att verkningsgraden men också livslängden är tillfredsställande.

Beroende på feldosering och om vattnet har en hög hårdhetsgrad kan det lätt uppstå

kalkavlagringar i värmeväxlare vilket kräver rengöring. Denna rengöring är relativt enkel vad gäller plattvärmeväxlaren men när det kommer till tubvärmeväxlaren måste denna oftast bytas ut. Nackdelen med plattvärmeväxlaren är att den är mycket dyrare än tubvärmeväxlaren men man ska ha i åtanke att komponenter som pumpar och värmeväxlare utgör en så liten del i den totala anläggningskostnaden att det är lika bra att investera i plattvärmeväxlare då dessa har mycket lång livslängd. [1:2]

För effektberäkningar och verkningsgradsberäkningar används ekvation (7), (8) och (9).

2.2.4 Värmepumpar

Installation av värmepump i ett ventilationsaggregat innebär att energin som finns i avluften, (efter ev. värmeväxling), används till att förånga mediet i värmepumpkretsen. Vidare kyls detta mot tilluften in till lokalen i den omfattning som krävs för att sedan kondensera mot ex.

inkommande badvatten och på så vis värma även detta.

I vissa fall används också glykolkretsar kopplade mellan frånlufts- och tilluftskanalen, via batterier¹, i uppgift att ta tillvara på energi ur frånluften för att överföra denna till tilluften.

Badvatten

T1 T2

Sim- Hall

Avluft Uteluft

Tilluft Frånluft

Värmeväxlare

Kompressor

Figur 5. Principskiss över ventilationsaggregat med värmeåtervinning i form av värmeväxlare och värmepump.

Värme som återstår efter värmeväxling mellan frånluft och tilluft används för att förånga mediet i

värmepumpkretsen. Detta kyls mot tilluften i den mån denna behöver värmas, för att sedan kondensera i en värmeväxlare kopplad mot det cirkulerande badvattnet.

Värmepumpar kan också installeras i ventilationsaggregat där ingen värmeväxling finns men detta är dock inte så vanligt. Anledningen är att det finns möjlighet att installera värmepump och utnyttja denna även vid kallare luft, alltså efter värmeväxlare, men framför allt för att avfukta simhallsluften.

Effektiviteten hos en värmepump beskrivs i termer av ”Coefficient Of Performance”, som talar om hur stort förhållandet är mellan avgiven värme och tillförd eleffekt. Ett högt COP- värde, enligt ekvation (X), betyder att värmepumpen arbetar effektivt.[1:1]

in net

H HP

W COP Q

,

⋅

⋅

= (15)

där

COP ”coefficient of performance” heat pump HP

Q^⋅ H värmeeffekt [W]

in

Wnet,

⋅

tillförd eleffekt [W]

2.2.5 Vattenuppvärmning

För att värma inkommande spädvattnet krävs mycket energi eftersom det ofta rör sig om stora vattenmängder och kallvattentemperaturer under 10 ^oC. Med hjälp av värmeväxlare kan rätt temperatur fås på vattnet ut till bassängen.

För att beräkna den överförda värmeeffekten till vattnet, [1:1], används ekvation (16) nedan:

(

)

C m

Q^⋅ = ^⋅ _p − [kW] (16)

där

⋅

m = massflödet av vatten [kg/s]

Cp= specifika värmekapaciteten [kJ/kg ^oC]

T = spädvattnets inkommande temperatur 1 [^oC]

T = spädvattnets utgående temperatur 2 [^oC]

När vatten tillsätts för att kompensera för avtappning och avdunstning krävs en stor mängd värmeenergi då vattenmängderna i samband med badanläggningar är relativt stora.

För att minska den mängd vatten som måste värmas är det klokt att avdunstningen hålls på en så låg nivå som möjligt eftersom det inte bara måste värmas nytt vatten utan att det

cirkulerande badvattnet också kyls av på grund av förångning.

2.3 Vattenbehandling

När det gäller vattenrening i badhus, swimmingpooler, friluftsbad, hotellpooler eller terapibad skall badvattnet uppfylla fyra kriterier för att kunna klassas som godkänt badvatten [1:2].

Dessa kriterier är att vattnet:

• skall se inbjudande ut

• inte ska sprida vattenburna sjukdomar bland de badande

Vidare finns riktlinjer för halter av kemiska föroreningar, aktivt klor, surhets- och grumlighetsgrad, temperaturer och sikt enligt Svenska naturvårdsverket. [1:2].

För att följa dessa kriterier krävs ett avancerat cirkulationssystem där vattnet renas och får en tillsats av steriliserande kemikalier.

2.3.1 Filtrering

Grundkravet för ett badvattenfilter är att det ska kunna filtrera bort huvudparten av alla partiklar och på så sätt se till att det filtrerade vattnet får en tillräckligt låg grumlighet.

Förutom detta ska filtret kunna avlägsna mycket små partiklar och lösta organiska

föroreningar. Dessutom vill man ha ett filter som klarar av att beflockas, vilket innebär att ett flockningsmedel¹ tillsätts innan filtret för att flocka samman föroreningar som då uppnår tillräcklig storlek för att fastna i filtret.

Det finns särskilda krav som en filteranläggning skall uppfylla för att kunna användas som ett badvattenfilter:

• Det filtrerade vattnet ska ha låg och jämn grumlighet

• Filterkonstruktionen ska ha lång livslängd och vara driftsäker.

• Filtret ska kunna tåla enstaka överbelastning

• Filtret ska kunna beflockas, vara lättskött samt lätt att spola rent

• Hantering av filtermaterial ska vara godkänt ur arbetsmiljösynpunkt

Filter för användning i badanläggningar är uppdelade i två huvudgrupper, öppna och slutna tryckfilter. Det finns olika sorters filter där den egentliga skillnaden ligger i filtermediet och de vanligaste filtren är sandfilter och diatomitfilter. Förutom dessa finns också

mineralullsfilter, tuff-filter, flermediefilter, patronfilter och påsfilter.

Vid större anläggningar använder man sig av flera parallellkopplade filter istället för ett stort vilket gör att anläggningen kan vara driftsatt även vid filterbyte eller backspolning. [1:3]

Den filterhastighet, alltså måttet på hastigheten med vilken vattnet passerar filtret, kan bestämmas genom att man dividerar vattnets omsättning i kubikmeter per timme med filtrets yta i kvadratmeter.

Det tål att nämnas att dessa filter inte är de enda i en anläggning utan att det alltid finns s.k.

förfilter som är till för att fånga upp de största fasta partiklarna innan de kommer in i pumpen och kan göra skada. Dessa är helt avgörande i en utomhusbassäng eftersom att där är ofta mycket mera skräp av olika slag.

Beroende på vilken typ av filter samt vilken systemlösning som används varierar

energianvändningen. Detta beroende på hur ofta ett filter behöver backspolas, om de kan backspolas samt om vattencirkulationen i anläggningen måste stoppas vid eventuell backspolning.

1 Vanligen aluminiumsulfat eller polyaluminiumklorider, som reagerar med vattnets lösta salter och bildar

2.3.2 Klorering

Vid desinficering av badvatten används klor

( )

natriumhypoklorit eller kalciumhypoklorit) och någon form av pH-reglerande medel (vanligen soda, saltsyra eller kolsyra). [1:4]

Klor dödar mikroorganismer genom att inaktivera viktiga enzymer. Dessutom krävs relativt kort kontakttid för att uppnå den önskade effekten vilket gör klor till ett bra

desinfektionsmedel.

Reaktionsformeln för klorgas ser ut som följer:

HCl HOCl Cl

O H

saltsyra yra

underklors klorgas

vatten

+

→ +

+

→ +

2

:

2

och för natriumhypoklorit:

NaOH HOCl

NaClO O

H

roxid natriumhyd yra

underklors oklorit

natriumhyp vatten

+

→ +

+

→ +

2

:

När kloret hamnar i vattnet bildar det underklorsyra

(

) (

)

utgör det aktivt fria kloret. Förhållandet mellan dessa två molekyler är starkt pH- beroende, där högre pH ger mycket snabbt större andel hypoklorit då underklorsyra bildar hypoklorit och vätejoner.

+

−+

→OCl H

HOCl

Det som avgör pH-värdet hos en substans är dess andel fria H joner i förhållande till ⁺

andelen OH⁻ joner. Vid pH-värdet 7.0 som är neutralt, alltså varken surt eller basiskt är detta förhållande 1:1. Om andelen H joner nu ökar kommer pH att sjunka och vi får då en sur ⁺ substans. [1:4]

Underklorsyra är till skillnad från hypoklorit snabbverkande, närmare bestämt 80 till 100 gånger snabbare, vilket gör att HOCl renar betydligt bättre än OCl⁻.

• Vid ett pH-värde på 7.0 är 75 % av det fria kloret HOCl .

• Vid pH 7.5 är förhållandet ₋ OCl

HOCl ungefär

5050.

• Vid pH 8.0 är endast 20 % av det fria kloret HOCl .

Det som anses vara ett lämpligt pH-värde för badvatten ligger mellan 7.2 och 7.6.

Anledningen till att pH-värdet inte hålls på 7.0 är att halten fritt obundet aktivt klor vill hållas högt utan att riskera hud- och ögonirritation, som kan uppkomma vid Ph nära 7.0. Dessutom kan utrustning skadas i form av korrosion [1:4]. Har man däremot ett för högt pH-värde kan detta göra att man får kalkutfällningar på ledningar och bassäng.

Figur (6) nedan visar hur förhållandet mellan HOCl och OCl⁻varierar med pH.

Figur 6. Här syns hur förhållandet mellan HOCl och OCl⁻ varierar beroende på pH-värdet.

(Bild: Trans Instruments[3:3])

Det fria kloret reagerar med organiska ämnen som finns i badvattnet (ex. svett, urin,

kosmetika, hårspray m.m.) och bildar kloraminer vilka är betydligt sämre bakteriedödare än underklorsyra. Förutom detta har kloraminerna en del andra negativa egenskaper som klorlukt i badanläggningar och de kan dessutom ge upphov till ögonsveda och hudirritation.

För att uppnå en god reningseffekt vid klorering av badvatten vill man ha ett förhållande mellan underklorsyran och det bundna kloret på 10:1. [1:4]

Om detta förhållande inte uppnås av någon anledning inte kan uppnås kommer vattnet behöva extra rening eller avblödas med ett högre flöde. Detta resulterar i att mera vatten måste värmas för att täcka upp den ökade andelen avblödat vatten.

2.3.3 pH-reglering

För att reglera pH-värdet i badvatten finns flera olika tillvägagångssätt. Om man använder sig av klorgas vid sin desinficering sänker man pH-värdet vilket gör att man måste använda sig av ett pH-höjande medel som ex. soda.

Använder man istället kalciumhypoklorit eller natriumhypoklorit, vilka höjer pH-värdet krävs en tillsats av ett pH-sänkade medel ex. koldioxid

(

) (

)

förekommande pH-sänkade ämne som används idag är koldioxid som höjer vattnets

alkalinitet, vilket egentligen är vattnets förmåga att motstå snabba pH förändringar. Använder man sig av klor som desinfektionsmedel är det en stor fördel att reglera Ph med koldioxid eftersom att kloret kräver ett stabilt pH för att fungera optimalt.

Vad gäller klorhaltsregleringen mäter man pH samt det fria och bundna kloret. Med hjälp av dessa mätningar kan då klorhalten i badvattnet regleras för att uppnå god reningseffekt och hålla nere halten bundet aktivt klor.

2.3.4 Bundet klor

För att hålla nere halten av bundet klor i badvattnet kan man rent teoretiskt avblöda vattnet och späda med nytt vatten, men detta är dock oftast inte en lönsam metod då mera vatten måste tillföras och värmas.

Det finns däremot bättre och mera lönsamma metoder där de vanligaste är att använda sig av UV-ljus, aktivt kol eller ozon. [2:5]

2.3.5 UV-ljus

För att minska halten av det bundna kloret i form av skadliga kloraminer kan man belysa vattnet, efter filtrering, med ultraviolett ljus vilket gör att klortillsatsen kan reduceras utan en ökning av bakterier i badvattnet.

Dessutom minskas kloraminhalten med mer än 50 % genom

nedbrytning och den

minskade halten tillsatt klor. Figur 7. Principskiss över UV-ljus system.

(Bild: Lenntech [3:4])

2.3.6 Aktivt kol

Aktiva kolfilter används för att i huvudsak reducera de organiska föreningar som bildats men också till att avozonisera vattnet innan det förs ut i bassängen vid ozondesinfektion. Vid reducering av de organiska föreningarna ex. kloraminer, adsorberar kolet föroreningarna vilket betyder att dessa dras mot kolets yta och fastnar.

2.3.7 Ozon

De föroreningar som finns kvar efter filtrering och kemisk oxidation med klor måste naturligtvis avlägsnas och detta kan då göras med hjälp av ozon

( )

oxiderar de sista organiska föreningarna. Ozonet har så stark oxiderande effekt att det inte bildas något bundet klor i form av kloraminer.

Det ozon som blir över efter oxidation tas bort i filter med aktivt kol.

En stor fördel med ozonet i dessa sammanhang är att det sönderfaller till syre vid desinfektion och oxidation.

2.3.8 Flockning

För att så mycket smuts som möjligt skall kunna fastna i filtren krävs att de små partiklarna flockas samman med hjälp av en kemikalietillsats som kallas flockningsmedel. Vanligtvis använder man aluminiumsulfat eller i vissa fall polyaluminiumklorider. Detta medel ska tillsättas innan filtret, och bäst resultat får man om vattenflödet är turbulent vilket ger en bättre omblandning av vatten och kemikalier. Dessutom vill man ha en så lång reaktionstid före filtret som möjligt för att medlet ska hinna verka.

Figur 8. Föroreningarna finns i vattnet som negativt laddade partiklar (1). Sedan tillsätts kemiskt

flockningsmedel i form av positivt laddade metalljoner (2). Eftersom dessa har olika laddning kommer de dras till varandra (3) och bilda flockar (4).

(Bild: Flockning [3:5])

Vid olämplig dosering av flockningsmedel kan för höga halter av aluminium uppkomma i bassängvattnet. Man vill helst att den aluminiumhalt som återstår efter filtrering inte skall överstiga 0,05 mg/liter.

Flockningsmedlet bidrar till att minska föroreningar i vatten och på så sätt underlätta för den övriga reningsprocessen.

2.3.9 Spädning

För att avlägsna de föroreningar som återstår efter filtrering och kemisk oxidation måste vatten bytas ut mot spädvatten. Detta spädvatten skall naturligtvis inte innehålla för höga halter av föroreningar.

Avtappningen bestäms av halten bundet klor och organiska ämnen i bassängen, vilka bär hållas på konstant nivå. Dessutom bör kontroll av kloridhalten och vattnets hårdhet genomföras, då dessa kan skapa problem med korrosion resp. kalkutfällning.

Mängden avtappat vatten varierar mellan olika anläggningar men kravet är att avtappningen per dag skall vara 30 l/badande i vanliga bassänger och 60 l/badande för bubbelpooler.

Mängden vatten som måste tillsättas är summan av det avtappade och det avdunstade vattnet.

Detta skall inte förväxlas med spädvattnet då detta endast är lika stor del som avtappas och inte den del som avdunstar för vid avdunstning försvinner inga föroreningar.

2.4 Transmission

En viktig del att ta hänsyn till vid energianalyser av byggnader är transmissionsförlusterna som råder genom en byggnads olika konstruktionsdelar, alltså i väggar, tak, fönster och golv.

För att kunna beräkna dessa förluster krävs kännedom om materialsammansättningar i väggar, tak och golv men också kännedom om fönstertyp. För fönster brukar i de flesta fall riktvärden för U-värdet vara givet. U-värdet anger hur stor värmeeffekt som går genom fönstret per kvadratmeter och temperaturdifferens. För olika väggkonstruktioner och isolering finns motsvarande värden fast då i form av tabellerade riktvärden.

Ett lågt U-värde betyder att värmemotståndet är stort eller omvänt att värmeisoleringsförmågan är stor. [1:6]

För att beräkna värmeförluster genom vägg, tak, fönster och andra byggnadsdelar används alltså följande samband:

(

)

UA

Q^⋅ = − [W] (17)

där

U = värmegenomgångskoefficienten [W/m^{2 o}C]

A = arean på väggen, [m²]

T och 1 T = yttemperaturer på in- resp. utsidan ₂ [^oC]

Alternativt om konstruktionsdelens värmeledningsförmåga, k-värdet, är känt kan värmeflödet beräknas enligt:

L T kAT

Q^⋅ = ¹ − ² [W] (18)

där

k = värmeledningsförmågan [W/m ^oC]

L = tjockleken hos materialet [m]

2.4.1 Konvektionsförluster

Även konvektionen i samband med värmeförluster måste inkluderas i totala

transmissionsberäkningar. Dessa konvektionsförluster beror på den termiska resistans som uppstår just innan värme tränger igenom en byggnadsdel.

(

)

⋅ =hA T −T

Q_{conv s s} [W] (19)

h = värmeövergångskoefficienten [W/m^{2 o}C]

T = yttemperaturen på byggnadsdelen s [^oC]

T = omgivande temperatur ∞ [^oC]

A = ytarean s [m²]

Ett praktiskt problem kan komma att uppstå i samband med beräkningar av konvektionen eftersom yttemperaturen måste vara känd.

Det finns emellertid tabellerade riktvärden för konvektionsförluster för olika typer av byggnadsdelar som kan användas vid beräkningar av totala värmeförluster [1:5].

• Fönster och dörr mot det fria, 0,2

• Väggar och tak mot det fria 0,25

• Väggar, tak och golvbjälklag i uppvärmt rum mot utrymme

med lägre temperatur, 0,35

Enheter för dessa riktvärden är m^2oC/W.

2.4.2 Termisk resistans och värmemotstånd

Transmission brukar oftast beräknas med hjälp av termiska resistansen för konduktion och konvektion och uttrycks som:

kA

R_cond = L respektive

R_conv hA1

=

Dessa används sedan för att beräkna den värmeeffekt som går genom en byggnadsdel i följande ekvation:

total

R T Q T^{∞1 ∞2}

⋅ = − [W] (20)

där

total

R = summan av de termiska resistenser som uppkommer i samband med konduktion och konvektion. [^oC/W]

∞1

T = inomhustemperaturen [^oC]

∞2

T = utomhustemperaturen [^oC]

Använder man sig av de tabellerade riktvärdena för konvektion beräknas det totala värmemotståndet, [1:5], som:

riktvärde conv k

M_tot = L+ , (21)

vilket används för att hitta en byggnadsdels U-värde:

Mtot

U 1

= [W/m^{2 o}C] (22)

som slutligen används vid beräkning av värmeeffekten enligt formel (17).

Även tabellerade riktvärden, vid temperaturer över 18 ^oC, rörande en byggnadsdels värmegenomgångskoefficient återfinns i litteraturen. [1:5]

• Vägg mot det fria eller genom jord mot det fria 0,25

• Golv på mark 0,30

Dessa är speciellt användbara i samband med beräkningar av transmission ur källarutrymmen.

2.4.3 Geografiska betingelser

Gradtimmar är ett mått på differensen mellan inomhustemperaturen och utomhustemperaturen baserat på helårsbasis. Temperaturdifferensen mellan utomhus- och inomhustemperaturen, vid en viss geografisk placering, adderas timme för timme under ett helt år. Detta beräknade värde för en specifik plats kan senare användas vid beräkning av transmissionsförluster genom att multiplicera byggnadsdelens U-värde, dess area och gradtimmarna.

Ett annat förenklat sätt att beräkna gradtimmar på är att använda sig av årsmedeltemperaturen för en viss plats istället för uppmätta värden. Detta resulterar i ett överskattat värde på antalet gradtimmar då utomhustemperaturen antas vara konstant lägre än innetemperaturen.

Under detta arbete användes årsmedelvärden på temperaturer då det är ytterst sällan utomhustemperaturen överstiger de temperaturer som råder inne i badanläggningar.

2.5 Fukt och avdunstning

I simhallar är avdunstning av vatten till luften en betydande faktor för den totala

energiförbrukningen, då det är stora mängder vatten som avdunstar på grund av den höga vattentemperaturen. Luftfuktigheten i badanläggningar ska inte vara högre än 65 % RF¹, och bör helst hålla ett värde på ca 55 % RF. Är luften för fuktig kan detta skada byggnaden i form av korrosion och svampangrepp när vattenånga kondenseras på kalla ytor.

För att minska avdunstningen ska luften ovanför bassängen helst vara stillastående och trycket inne i lokalen bör vara lite lägre än utanför för att vattenångan inte ska krypa in i

byggnadsdelarna. [2:7]

2.5.1 Specifik och relativ luftfuktighet

Specifik luftfuktighet är ett mått på massan vattenånga per massenhet torr luft och bestäms med hjälp av ekvation (23) nedan:

a v

m

= m

ω [kg vattenånga/kg torr luft] (23)

där

m och v m är massan vattenånga resp. massan luft. _a

Luft kan vid olika temperaturer hålla viss mängd vattenånga utan att kondensera. Den relativa luftfuktigheten är ett mått på mängden ånga luften har relativt mängden ånga luften kan hålla vid en viss temperatur. Det är denna typ av luftfuktighet som avgör hur vi människor känner oss i en viss miljö och bestäms av ekvation (24). [1:1]

g v g v

P P m

m =

=

φ (24)

där

mg= mängden ånga luften kan hålla vid en viss temperatur.

P och v P_g är ångtryck resp. mättnadsångtryck, som är temperaturberoende.

2.5.2 Avdunstning

Den avdunstning som uppstår från vattenytor beror på temperaturförhållandet mellan vattnet och luften i rummet men också på den relativa fuktigheten. Har man en alltför låg fuktighet i rumsluften kommer mera vatten att avdunsta då luften kan ta emot mycket ånga.

Förutom temperaturer och luftfuktighet bidrar även luftens rörelse och antalet badande till ändrad avdunstning. Badade personer bidrar till den ökade avdunstningen genom att ”skvätta”

runt, eller finfördela, vattnet vilket resulterar i högre avdunstning då ytspänningen bryts.

Avdunstningen kan beräknas med ett antal olika formler men i detta arbete används en ekvation enligt VDI 2089¹ vilken även tillämpas av Dantherm: [2:7], [2:8].

(

)

A e

W = ⋅ ⋅ − [g/h] (24)

där

W = avdunstningshastigheten [g/h]

A= Bassängarean [m²]

P = Mättat ångtryck vid rådande vattentemperatur B [mbar]

P = Partiellt ångtryck vid lufttemperaturen i RFL ² [mbar]

e = Empirisk faktor [-]

Den empiriska faktorn varierar beroende på typ av pool och verksamhet:

0,5 övertäckta bassänger 5 stillastående ytor

15 privat pool med ringa användning 20 simhall med normal användning 28 badland

35 vågmaskin

Vid användning av ekvation (24) bör hänsyn tas till öppettider och då nyttja en av dessa ovan nämnda empiriska faktorer under verksamhetstid och en för resterande tid.

2.5.3 Erforderligt uteluftflöde

Vid avfuktning används uppvärmd uteluft vilken således kan uppta vattenånga. Den mängd uteluft som behövs för att hålla luftfuktigheten i rummet på en önskad nivå kan beräknas enligt följande:

(

)

=

u

i X

X

V W [m³/h] (25)

där

X = absolut fuktighet hos uteluften i [g/kg]

X = absolut fuktighet hos inneluften u [g/kg]

1,2 = luftens täthet [kg/m³]

X , uteluftens absoluta fuktighet varierar över hela året men enligt VDI 2089 kan detta värde u

antas vara 9 g/kg.

Enligt VDI 2089 skall det tillföras 10 m³/h uteluft per m² bassängyta i simhallar. Vad som händer vid denna uteluftsmängd är att detta inte alltid kommer att vara tillräckligt för att avfukta luften i simhallen, vilket kräver någon extra form av avfuktning. Hur mycket denna uteluft kan avfukta beräknas med följande samband:

(

)

A

W = ⋅10⋅1,2⋅ − (26)

Resterande luftmängd måste avfuktas och kräver någon extra avfuktningsmetod vilken kan vara avfuktare avsedda för endast detta syfte eller en värmepump att nyttja för att avfuktning samtidigt som energi tas tillvara och används för att exempelvis värma badvatten. [2:7]

2.5.4 Ångbildningsvärme

Vid avdunstning sker en förångning av vatten till ånga vilket kräver energi som måste tas ur det varma badvattnet. Den energi som kommer krävas för att förånga mängden vatten vilken ovan beräknats kan bestämmas med hjälp av ångbildningsentalpin.

( )

3600

fg år h gsvärme W

Ångbildnin = ⋅ [kWh/år] (27)

där

W = avdunstningsmängden per år år [kg/år]

hfg= ångbildningsentalpin för vatten, (2257 kJ/kg) [kJ/kg]

En metod för att minska avdunstning från bassänger är att täcka över dessa under de tider på dygnet när inget badande förekommer.

3. Energianalyser och nyckeltal

Energianalyserna omfattar mätningar, beräkningar och behandling av statistik för de olika energikrävande processerna i en badanläggning.

För att få en uppfattning om skillnader mellan anläggningars energianvändning per process har jag valt att behandla fjärrvärmeenergi och elenergi var för sig enligt följande uppdelning:

Fjärrvärme

• Avdunstning

• Transmission

• Vatten

• Ventilation

• Ev. Återvinning

Där vatten avser uppvärmning av spädvatten och övrigt varmvatten till duschar och tappvarmvatten.

Återvinning avser eventuella värmepumpar och inte värmeväxlare avsedda för återvinning av energi ur frånluft då dessa endast behandlas under rubriken luftbehandling.

Avdunstning avser förluster i samband med reducering av badvatten samt avkylning i samband med förångning.

El

• Fläktar

• Pumpar

• Belysning

• Värmepump

• Övrig el

Fläktar, pumpar och belysning avser den sammanlagda årliga elenergianvändningen där hänsyn till hel- och halvfartsdrifter.

Värmepump avser kompressorernas elenergianvändning beräknat på helår.

Under rubriken övrig el ingår eventuella datorer, kylskåp, spisar, bastuaggregat och annan utrustning eventuell extrautrustning.

I fall där andra områden står för en stor del av den totala elenergianvändningen har dessa delats in i egna rubriker.

3.1 Nyckeltal

Enligt ekonomistyrningsverket¹ är ett nyckeltal ett mått eller värde som ger information för att underlätta jämförande analyser. Vidare säger man att nyckeltalen är försök att

förenkla/konkretisera i grunden komplicerade förhållanden.

Vad gäller nyckeltal för badanläggningar kan det till en början kännas som en ganska enkel process att hitta nyckeltal, men efter noggranna studier visar det sig att olika anläggningar bedriver många olika verksamheter där systemlösningarna varierar i komplexitet.

Om vi tänker oss att vi vill bestämma nyckeltal för små privata villor skulle detta kunna genomföras genom att använda sig av boytor, takhöjder, geografisk placering osv. i kombination med energiåtgång. Det sätts helt enkelt ett riktvärde på energiförbrukning per kvadratmeter med hänsyn tagen till geografisk placering och takhöjd.

Nu kan du som villaägare jämföra ditt eget uppmätta värde med detta nyckeltal och bilda dig en uppfattning om hur energieffektiv din villa är i jämförelse med andra villor.

För badanläggningar kan man dock inte bara ta till faktorer som area, takhöjder, geografisk placering, utan här spelar långt många fler faktorer in.

Till att börja med variera badanläggningars utformning stort i form av utformning,

användningsområden, kombinationer med annan verksamhet osv. vilket gör att ett stort antal faktorer kommer bidra till en specifik energiförbrukning.

Trots dessa variationer kan nyckeltal ge god information om främst lönsamheten är konkurrenskraftig med andra anläggningar.

För olika typer av anläggningar kan nyckeltalen variera informationsmässigt, alltså beroende på valda parametrar och således intresset om vad som ger önskad jämförbar information.

För fallet med badanläggningar kan det som för villor vara av intresse att hitta nyckeltal för konsumerad energi i förhållande till areor osv. men detta kanske inte är av största intresse då antalet besökare är av stor betydelse för ekonomin. Av denna anledning är ett nyckeltal baserat på antalet besökare i förhållande till konsumerad energi det kanske mest intressanta ur ägarens perspektiv.

4. Energistudier vid IKSU spa

(Bild: IKSU spa [3:6])

4.1 Anläggningen

IKSU spa är en anläggning avsedd för relax och träning. I byggnaden finns fyra olika bad varav tre är s.k. varma källor och en är simbassäng. Antalet badande vid denna anläggning är svårt att bedöma exakt då tillgänglig statistik endast avser antalet besökare och inte antalet badande.

Antalet besökare är per år ca 65 000¹ och en delvis uppskattad siffra över antalet badande är ca 40 000.

De framräknade nyckeltalen, baserat på beräknad årlig energianvändning av el och fjärrvärme, för denna anläggning är:

0,2 ₂

MWhm och 41,6

badande kWh

4.2 Temperaturer

Vattentemperaturerna i denna anläggning är ca 33.5 ^oC i bassängen och mellan 38 och 40 ^oC i de varma källorna. Lufttemperaturen i simhallen är ca 32 ^oC medan övriga lokaler håller normal rumstemperatur.

För att minska avdunstning ur bassänger bör lufttemperaturen vara ca 2 ^oC högre än

vattentemperaturen. Detta råd kan tyvärr inte följas av anledningen att luften känns obehaglig och kvalmig för instruktörer som arbetar i lokalen.

4.3 Luftbehandling

Ventilationen i anläggningen består av fem olika ventilationsaggregat med olika försörjningsområden:

• TA1/FA1……….kontorsdelar

• TA2/FA2……….kontorsdelar

• LA4……….spinning, styrketräning och rehab

• LA5……….relax (plan 3)

• VÅV…………....simhall

TA1 avser tilluftsfläkt 1 och FA1 frånluftsfläkt 1, vilka samarbetar i ett ventilationsaggregat.

Detta aggregat har en roterande värmeväxlare för att ta tillvara på värmeenergin ur frånluften.

TA2/FA2 fungerar på samma sätt som TA1/FA1 men har ett annat försörjningsområde.

LA4 och LA5 är också värmeåtervinningsaggregat typ FTX.

VÅV är även detta utrustat med värmeåtervinning dock i form av växlare kombinerat med värmepump.

Med driftkort för luftflöden och vetskapen om rådande tilluftstemperaturer har den årliga fjärrvärmeenergin till ventilationsaggregaten beräknats till ca 315 MWh enligt ekvation (1) och (2) vilket står för ungefär 1/3 av den använda fjärrvärmeenergin.

4.4 Fläktar

I de fall där strömmätningar varit möjliga har detta genomförts och använts vid beräkningar av tillförd elektrisk effekt. Detta har i sin tur använts i samband med dokumenterade drifttider för att på så sätt bestämma årlig energiförbrukning per fläkt enligt:

drifttid I

U

Energi_år = 3⋅ ⋅ ⋅cosϕ⋅ [Wh] (28)

där

drifttid = årlig drifttid [h]

eller

drifttid I

U

Energi_år = ⋅ ⋅ [Wh] (29)

För 3-fas- och 1-fasberäkningar används ekvation (28) respektive (29).

För fall där mätningar ej varit möjliga att genomföra har tillverkarens uppgifter, avläsning av motorskyddsinställning eller dokumenterade uppgifter använts.

I hela anläggningen används ett stort antal frånluftsfläktar som tillsammans står för en elenergiförbrukning på ca 17 MWh/år. Resterande 194 MWh står de fem olika ventilationsaggregaten för, baserat på uppmätt ström och drifttider.

4.5 Värmeväxlare och värmepump

Alla ventilationsaggregat är uppbyggda som FTX system, vilket ger god energieffektivitet.

Värmepumpen i VÅV-systemet försörjer det renade badvattnet med ett extra värmetillskott genom att den redan värmeväxlade frånluften används som förångande medium i

värmepumpkretsen. Att en värmepump installerats beror på den mycket varma frånluften och den höga relativa luftfuktigheten samt behovet av avfuktning. Avfuktningen möjliggör

eventuell återluftsdrift exempelvis nattetid.

Vid beräkningar av tillförd fjärrvärmeenergi till ventilationsaggregaten har verkningsgraden hos värmeväxlarna satts till 75 % vilket är ett normalt värde för denna typ av värmeväxlare och tillverkningsår.

För att beräkna den årliga värmeenergi som värmepumpen levererar används:

Kapacitet g Avdunstnin

drifttid = [h/år] (30)

där

drifttid = drifttid per år [h]

g

Avdunstnin = beräknad årlig avdunstning [kg/år]

Kapacitet = värmepumpens avdunstningskapacitet [kg/h]

och

drifttid t

Värmeeffek g

Återvinnin = ⋅ [kWh] (31)

där

g

Återvinnin = tillförd värmeenergi värmepump [kWh]

t

Värmeeffek = avgående värmeeffekt värmepump [kW]

Den återvunna värmeenergin ur avluften med hjälp av värmepumpen beräknades till ca 380 MWh/år.

Tillför elektrisk energi till kompressorn uppgår årligen till ca 88 MWh enligt ekvation (28):

Utifrån dessa värden och ekvation (15) bestämdes COPHP till 4,3 vilket är ett tillfredsställande värde.