Sorptionsteknik - Kylteknik

Examensarbete. C-uppsats inom fastighetsvetenskap
Sorptionsteknik - Kylteknik
-en studie i kylteknik i kommersiella lokaler
Filip Göransson
Jonas Carlsten
Vt 2009
Förord
Detta examensarbete omfattar 15 högskolepoäng och är det avslutande momentet i en
kandidatexamen i fastighetsvetenskap vid Malmö Högskola. Denna rapport utreder
möjligheterna och konsekvenserna med sorptiv kyla i kommersiella lokaler. Under arbetets
gång har ett antal personer bistått med värdefull kunskap och material som har möjliggjort
detta arbete.
Vi vill tacka de personer som hjälpt oss tagit fram denna rapport.
Oscar Drevnor
COOR Service Management
Torgil Stark
Munters
Ralph Olsson
Munters
Till sist vill vi tacka vår handledare Sören Dahlin som är studierektor vid Malmö Högskola.
Malmö Högskola
Malmö 2009-06-04
Filip Göransson
Jonas Carlsten
[email protected]
HU
UH
[email protected]
HU
UH
2
Sammanfattning
Titel:
Sorptionsteknik – Kylteknik.
– En studie i kylteknik i kommersiella lokaler
Syfte:
Syftet med detta arbete är att undersöka och utreda om sorptiv kyla är ett
ekonomiskt bättre alternativ än fjärrkyla och kylmaskiner i kommersiella
lokaler.
Metod:
Arbetet bygger till största delen på en fallstudie. Både kvalitativa och
kvantitativa metoder har använts. Datainsamlingen har bestått av både primär
och sekundärdata. Informella samtal har förts med tillverkare av olika kylsystem
och med driftpersonal som har hand om driften i byggnaden i fallstudien.
Slutsats:
Sorptiv kyla är en lönsam, miljövänlig och energieffektiv investering som ger
mervärde för både hyresgäster och fastighetsägare. Det ökar fastighetsvärdet,
sänker driftkostnaderna och bidrar till ett behagligt inomhusklimat.
3
Abstract
Titel:
Desiccant cooling– Refrigeration
- A study of refrigeration in commercial buildings.
Purpose:
The purpose of this study is to investigate and analyze if a desiccant cooling
system is a better alternative than district cooling or vapor compressor
refrigeration in commercial buildings.
Method:
This work is based on a case study. Both qualitative and quantitative methods
have been used. The collected data is primary and secondary data. Informal
conversations with producers and operators have been conducted.
Conclusion: Desiccant cooling is profitable, environmentally friendly and is an efficient
energy investment that gives an additional value for both tenants and property
owners. It will increase the value of the property, lower operation costs and
contributes to a pleasant indoor environment.
4
Innehållsförteckning
1. Inledning........................................................................................................... 7
U
U
1.1 Bakgrund......................................................................................................................... 7
1.2 Syfte ................................................................................................................................. 8
1.3 Frågeställningar ............................................................................................................. 8
1.4 Målgrupp......................................................................................................................... 8
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
2. Metod ................................................................................................................ 9
U
U
2.1 Kvalitativ och Kvantitativ metod.................................................................................. 9
2.2 Fallstudie ......................................................................................................................... 9
2.3 Datainsamling ............................................................................................................... 10
2.4 Ansats ............................................................................................................................ 10
2.5 Validitet och reliabilitet ............................................................................................... 11
2.6 Källkritik ....................................................................................................................... 11
2.7 Avgränsningar .............................................................................................................. 11
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
3. Begrepp........................................................................................................... 12
U
U
4. Tidigare studier och teoretiska utgångspunkter ........................................ 14
U
U
4.1 Kylbehov ....................................................................................................................... 14
4.2 Myndighetskrav ............................................................................................................ 16
4.3 Sorptiv Kyla .................................................................................................................. 17
4.3.2 Relativ fukt............................................................................................................. 19
4.3.3 Avfuktning ............................................................................................................. 19
4.3.4 Entalpi .................................................................................................................... 21
4.3.5 Evaporation............................................................................................................ 23
4.3.6 Legionella ............................................................................................................... 25
4.3.7 Sorptivt kylaggregat .............................................................................................. 26
4.3.7.1 Sommarfallet....................................................................................................... 28
4.3.7.2 Vinterfallet .......................................................................................................... 31
4.3.8 Förhållandet värme och kyla ............................................................................... 35
4.4 Fjärrkyla ....................................................................................................................... 36
4.5 Kylmaskiner .................................................................................................................. 37
4.6 LCC ............................................................................................................................... 38
4.7 Energipriser .................................................................................................................. 39
4.8 Miljöpåverkan .............................................................................................................. 40
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
5. Undersökning ................................................................................................. 41
U
U
5.1 Objektet ......................................................................................................................... 41
5.2 Ventilation ..................................................................................................................... 43
5.3 Kylenergi ....................................................................................................................... 44
5.4 Fastighetsel .................................................................................................................... 44
5.5 Resultat .......................................................................................................................... 45
5.6 Kallvatten till evaporatorerna..................................................................................... 46
5.7 Kyleffekt ........................................................................................................................ 47
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
5
6. Analys ............................................................................................................. 49
U
U
6.1 Energianvändning ........................................................................................................ 49
6.2 Miljö............................................................................................................................... 50
6.3 LCC förutsättningar .................................................................................................... 50
6.4 LCC-analys ................................................................................................................... 53
U
U
U
U
U
U
U
U
7. Slutsats ............................................................................................................ 57
U
U
Källförteckning .................................................................................................. 58
U
U
Tryckta källor ..................................................................................................................... 58
Muntliga källor ................................................................................................................... 58
Elektroniska källor ............................................................................................................. 59
U
U
U
U
U
U
Bilaga 1 Omräkningstal .................................................................................... 61
Bilaga 2 Mediestatistik ...................................................................................... 62
Bilaga 3 Injusteringsprotokoll.......................................................................... 63
Bilaga 4 Energikostnader ................................................................................. 71
Bilaga 5 Miljöpåverkan .................................................................................... 72
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
6
1. Inledning
I inledningen redogörs bakgrunden om sorptiv kylteknik och varför det är viktigt att minimera
energikostnaderna. Vidare presenteras arbetets syfte, målgrupp och frågeställning.
1.1 Bakgrund
Sorptiv kylteknik är en alternativ teknik för att kyla tilluften i ventilationssystem. I
kontorslokaler är kostnader för kyla en betydande del av driftskostnaderna. I dagsläget kostar
kyla mer än värme och kan dessa kostnader sänkas finns det pengar att spara. I takt med att
mer teknisk utrustning används i kontorslokaler ökar de interna värmelasterna vilket leder till
att kylbehovet också ökar. Med de krav som finns på energiförbrukning i nybyggda
byggnader kan sorptiv kyla vara ett alternativ som gör det lättare att uppnå dessa energikrav.
Sorptiv kyla kan även vara ett alternativ för fastighetsägare som vill kunna styra sitt
inomhusklimat.
Idag är kylmaskiner och fjärrkyla de vanligaste metoderna för att kyla. Sorptiv kyla är ett
alternativ och är en relativt ny teknik (första anläggningen installerades 1993). Den finns idag
i ca 100 fastigheter i Sverige1 och anledningarna till att tekniken har tillämpats har varit bland
F
F
2
annat :
F
F
-
Behov av kontrollerad temperatur och fuktighet året runt
-
Byggnaden har tillgång till överskottsenergi på sommaren
-
Företaget önskar exponera en miljöprofil
I dagsläget investerar Vasakronan i samband med en renovering av ett kontorshus i
Stockholm i tekniken. 3
F
F
Driftnettot, överskottet när drift och underhållskostnader är betalda, är till för att betala räntor,
amorteringar samt ge avkastning till ägarna. 4 Det finns två sätt att öka driftnettot. Antingen att
F
F
öka intäkterna eller att sänka kostnaderna. Då kylning i kommersiella lokaler är en betydande
1
Energi & Miljö, nr 1 2009, s. 22
Munters, Seminarium 2009-03-23,
3
Energi & Miljö, nr 1 2009, s. 22
4
U.F.O.S och Sveriges kommuner och Landsting, 2006, s. 66
2
7
post bland driftkostnaderna innebär en minskning av denna kostnadspost att värdet på
fastigheten ökar.
En enkel värdering av en fastighet görs genom att dela driftnettot med ett avkastningskrav. Ett
ökat driftnetto ökar således värdet på fastigheten. 5
F
1.2 Syfte
Syftet med detta arbete är att undersöka och utreda om sorptiv kyla är ett bättre ekonomiskt
alternativ än fjärrkyla och kylmaskiner i kommersiella lokaler.
1.3 Frågeställningar
•
Är en sorptiv kylanläggning en lönsam investering?
•
Hur miljövänlig är tekniken?
•
Klarar en sorptiv kylanläggning de myndighetskrav som ställs på energianvändning?
1.4 Målgrupp
Arbetet riktar sig till personer som har intresse av att sänka sina eller sina kunders
energikostnader. Det kan vara fastighetsägare, VVS-konsulter, entreprenörer och alla som vill
veta mer om tekniken som till exempel studenter.
5
Hans Lind, Professor KTH, 2009-05-05
8
2. Metod
Metodkapitlet är till för att redovisa tillvägagångssättet i arbetsprocessen. Detta görs för att
möjliggöra för andra att genomföra ett likvärdigt arbete under samma förhållande. Det gör
det möjligt för utomstående att kontrollera de resultat som författarna kommit fram till.
Kapitlet innehåller värderingar av de källor som använts och avgränsningar som gjorts i
studien är preciserade.
2.1 Kvalitativ och Kvantitativ metod
För att genomföra denna studie har både kvalitativ och kvantitativ metod använts. Med
kvantitativ metod menas att data och underlag till denna studie baseras på siffror och har
bestämda egenskaper, och i andra fall kan det till exempel vara kön eller inkomst. I denna
studie är det mediestatistiken och de insamlade uppgifterna om egenskaper och priser som
utgör den kvantitativa metoden. Den insamlade data har sedan behandlats med hjälp av
matematiska beräkningar och formler. För att fullgöra studien har kvalitativa metoder använts.
De består i detta arbete av informella samtal och observationer. De informella samtalen har
genomförts med olika personer med kunskaper inom området. Observationerna iakttogs
genom ett besök på objektet i fallstudien. Resultaten har sedan tolkats och mätts för att
jämföra de olika energialternativen. 6
F
2.2 Fallstudie
För att förstå, förklara och undersöka hur tekniken fungerar och om den är ekonomiskt lönsam
görs en fallstudie. En verklig byggnad används där det finns tillgång till mediestatistik.
Alternativa kylsystem appliceras i byggnaden för att jämföra och utvärdera det befintliga
kylsystemet. Detta är ett sätt att beskriva hur det fungerar i verkligheten genom att säga att
byggnaden i fråga i detta fall är verkligheten. Slutsatserna och resultaten representerar inte hur
det fungerar i verkligheten, men ger läsaren en uppfattning om hur det skulle kunna fungera i
verkligheten. 7 Utifrån fallstudien görs en livscykelkostnadsanalys. Livscykelkostnader för
F
F
sorptivt kylaggregat, aggregat med roterande värmeväxlare med fjärrkyla samt aggregat med
6
7
Eriksson m fl., 2006, s. 120-21
Ejvegård, 2003, s. 33-34
9
roterande värmeväxlare med kylmaskin har beräknats. Energipriser är alla från Eon och
prisuppgifter om aggregaten kommer från Munters (sorptiv kyla), IVprodukt (VVX) och
Ahlsell (kylmaskin). Blanketter och tabeller rörande LCC kommer från energimyndighetens
hemsida.
2.3 Datainsamling
Primärdata
Primärdata bygger på direkta observationer. 8 Ett studiebesök på objektet har genomförts för
F
F
att verifiera de tekniska installationer och egenskaper som enligt uppgiftslämnare finns.
Mediestatistiken och prisuppgifter på de specifika ventilationsaggregaten är även primärdata.
Arbetet bygger även på samtal med olika personer inom branschen med bland annat anställda
på COOR Service Management som sköter driften av byggnaden, Munters som är tillverkare
av systemet och med försäljare på Eon. Samtalen har varit av informell karaktär, utförda både
via telefon, personliga besök och med ett mindre antal förberedda frågor samt uppföljning via
e-mail och telefon.
Sekundärdata
Sekundärdata är indirekta observationer och tidigare publicerat material. 9 Materialet som
F
F
använts har varit böcker, tidningsartiklar, material från tillverkare och internetkällor.
2.4 Ansats
Denna rapport har en abduktiv ansats. Det är en blandning av deduktiv och induktiv ansats.
Induktiv ansats utgår från enskilda fall som säger att de gäller generellt och det utgår från
empiriskt material. Deduktiv ansats utgår från generell regel som förklarar och analyserar det
enskilda fallet och utgår från olika teorier. Både teori och empiri används för att genomföra
analysen i denna rapport. 10
F
8
Eriksson m fl., 2006, s. 120
Eriksson m fl., 2006, s. 120
10
Alvesson m fl 2008, s. 54-56
9
10
2.5 Validitet och reliabilitet
Validitet är observationernas giltighet och om resultaten som framkommit i undersökningen
visar verkligheten. Reliabilitet är hur pålitliga de resultat som framkommit är. Någon annan
skall kunna göra samma sak och komma fram till samma resultat. Då de flesta beräkningar
bygger på fysik, faktisk mediestatistik, förtryckta tabeller samt offerter från olika tillverkare
och distributörer, anses validiteten och reliabiliteten mycket god. 11
F
F
2.6 Källkritik
I beskrivningen av tekniken sorptiv kyla har informationen till största del hämtats från
tillverkaren Munters. För att verifiera de egenskaper som tillverkaren tillhandahållit har egna
beräkningar genomförts vilket har visat att Munters information har varit riktig.
Alla LCC beräkningar är gjorda på förbrukningen under en specifik tolvmånadersperiod,
vilket gör dem mindre tillförlitliga än om det hade varit ett snitt över tio år eller om siffrorna
hade varit normalårskorrigerade.
2.7 Avgränsningar
Fallstudien är begränsad till en specifik byggnad i Malmö, Stapelbädden 4 på Östra
Varvsgatan 4. Då sorptiv kylteknik skall jämföras med fjärrkyla och konventionella
kylmaskiner görs jämförelsen på samma objekt. Detta för att ge en tydligare bild av de direkta
skillnaderna. Beräkningar kommer endast att göras på den faktiska energianvändningen
mellan februari 2008 och januari 2009. Inga beräkningsprogram gällande energiförbrukning
kommer att användas vilket kan förvränga bilden av hur den kommande energiförbrukningen
med sorptiv kylteknik kommer att se ut. Arbetet kommer bara att behandla byggnadens
ventilationssystem eftersom sorptiv kylteknik använder sig av luft för att kyla.
11
Eriksson m fl., 2006, s. 59-61
11
3. Begrepp
Begreppskapitlet är till för att läsaren skall förstå de begrepp som förekommer i arbetet.
Genom att få en förklaring till vad de olika begreppen innebär kan läsaren lättare ta till sig
informationen som tas upp.
Atemp :
Arean av samtliga våningsplan för temperaturreglerade utrymmen,
avsedda att värmas till mer än 10 ºC, som begränsas av
klimatskärmens insida. Area som upptas av innerväggar,
öppningar för trappa, schakt och dylikt, inräknas. Area för garage,
inom byggnaden i bostadshus eller annan lokal-byggnad än garage,
inräknas inte. 12
F
Specifik
energianvändning:
Byggnadens energianvändning fördelat på
kWh/ m 2
Atemp
uttryckt i
och år. Hushållsenergi inräknas inte. Inte heller
verksamhetsenergi
som
används
utöver
byggnadens
grundläggande verksamhetsanpassade krav på värme, varmvatten
och ventilation.
Normalår:
Medelvärdet av utomhusklimatet under en länge tidsperiod t. ex.
30 år.
Normalårskorrigering:
Korrigering
av
byggnadens
uppmätta
klimatberoende
energianvändning utifrån skillnaden mellan klimatet på orten
under ett normalår och det verkliga klimatet under den period då
byggnadens energianvändning verifieras.
SFP-värde:
Specifik fläkteffekt. Summan av eleffekten för samtliga fläktar
som ingår i ventilationssystemet dividerat med det största av
tilluftsflödet eller frånluftsflödet, kW /(m 3 / s ) .
12
BBR 9:12 definitioner
12
Entalpi:
Luftens värmeinnehåll, det betecknas med h och är kJ/kg luft. 13
kWhkyla / år
Köpt energi för att kyla byggnaden per år
•
F
V
Flöde, anges i m 3 / s
cp
Specifik värme, anges i kWs / kg*o C
p
Densitet anges i kg / m 3
η
Verkningsgrad
Q fjv
Köpt fjärrvärmeenergi i kWh / år
Klimatzon norr:
Norrbottens
län,
Västerbottens
län,
Västernorrlands
län,
Gävleborgs län, Dalarnas län och Värmlands län
Klimatzon söder:
13
Övriga län som inte tillhör klimatzon norr
Teknik & System, IV Produkt, s. 7
13
4. Tidigare studier och teoretiska utgångspunkter
I följande avsnitt redovisas tidigare studier som finns inom området och teoretiska
utgångspunkter redogörs. Som teoretiska utgångspunkter används teorier om kyla, kylbehov,
lösningar för att producera kyla och även en genomgång av vad LCC är.
4.1 Kylbehov
Ett kylbehov uppstår på grund av intern värmeutveckling. Den interna värmeutvecklingen
består av två delar. Dels av värme som avges direkt till rumsluften från personer, från varma
lampor
och
varma
apparater
och
dels
av
värme
som
avges
indirekt
via
byggnadskonstruktionen. All värme som avges från varma ytor påverkar rumsluften direkt
och avger därmed ett direkt bidrag till den interna värmeutvecklingen i rummet. Solinstrålning
och annan energi i form av strålning avger indirekt värme från rummets ytor till rumsluften. 14
F
Vid varje förändring av rumstemperaturen ändras värmeutbytet mellan rumsluften och
omgivande ytor. Det betyder att om temperaturen på rumsluften stiger börjar värme strömma
från rumsluften till omgivande ytor såsom golv, väggar och tak. Samma sak gäller då
temperaturen på rumsluftens omgivande ytor stiger. Så fort temperaturen stiger i rumsluften
eller i ytorna, sker ett värmeutbyte. I lokalbyggnader som ofta används främst under arbetstid,
vilket normalt sätt är dagtid då personer finns i lokalerna, innebär detta att behovet av
värmetillförseln nattetid minskar då rumsluften överför värme till golv, väggar och tak.
Följande morgon har temperaturen på rummets ytor och rumsluften minskat på grund av
nattens utetemperatur, vilket betyder att behovet av värmebortförsel dagtid minskar. 15
F
Ibland kan det bli för varmt i ett rum vilket innebär att överskottsvärmen måste föras bort.
Processen för att föra bort överskottsvärme består av två systemdelar 16 :
F
F
•
ett system för bortförsel som fångar upp rummets värmeöverskott och för bort det
•
ett system för kylning, som tar hand om det bortförda värmeöverskottet
14
Abel & Elmroth, 2006, s. 134
Abel & Elmroth, 2006, s. 134
16
Abel & Elmroth, 2006, s. 159
15
14
Värmeöverskottet kan antingen föras bort indirekt med luft som tillförs rummet med
undertempererad luft eller direkt med kylda ytor i rummet. Bortförseln av värme sker med
andra ord indirekt med luft eller direkt med till exempel kylt vatten. Dessa två system kallas
för luftburna respektive vattenburna kylsystem.
Ett vattenburet system bygger på att det finns kylda ytor i byggnaden som minskar effekten av
de interna värmelasterna. I dessa kylbafflar, som fungerar som en kall radiator, cirkulerar kallt
vatten. Eftersom tilluftstemperaturen i ventilationssystemet är mer eller mindre konstant och
värms till t.ex. 20 o C , måste kylmaskinerna vara i drift även vid låga utetemperaturer då det
finns interna värmelaster i delar av fastigheten. Ett exempel på detta kan vara i en datorsal där
tilluften är 20 o C och där interna värmelaster ger en högre temperatur än vad som är
behagligt. För att då sänka temperaturen krävs att det finns kylbafflar installerade. Detta
behövs inte om systemet istället ventilerar med undertempererad luft. 17 För att förhindra att
F
F
kylmaskinerna inte är igång vid låga utetemperaturer kan en kylkrets med ett batteri
kompletteras i uteluften. Detta komplement gör det möjligt att kyla indirekt med uteluft då det
är kallt ute och därmed minskar även elenergin för drift av kylmaskinen. Detta komplement är
i många fall tilltalande men svår att motivera då det innebär en ökad investeringskostnad. 18
F
F
I luftbaserade system kyls luften genom att ventilera med undertempererad luft. Då behöver
kylaggregatet
bara
vara
igång
när
utetemperaturen
är
högre
än
den
önskade
tilluftstemperaturen. Övrig tid regleras temperaturen genom återvinningen av frånluften.
Kylning av tilluften i kontorslokaler görs för att transportera bort de interna värmelaster som
finns i byggnaden. En kontorslokal har ett kylbehov under kontorstid året runt, vilket
motsvarar 2500-3000 timmar/år. 19
F
F
Skillnader mellan luftburet och vattenburet system 20 :
F
•
Kylbehovet
kWhkyla / år
är
större
i
F
ett
vattenburet
system
eftersom
all
värmeöverskottsenergi måste föras bort via kylbafflarna. I luftburna system kan istället
undertempererad luft blåsas in då utetemperaturen inte överstiger den önskade
17
Lindholm, 1998, s. 15
Abel & Elmroth, 2006, s. 163
19
Abel & Elmroth, 2006, s. 138
20
Abel & Elmroth, 2006, s. 162
18
15
tilluftstemperaturen. På så sätt sparas energi och därför har luftburna system ett lägre
kylbehov än vattenburna system.
•
Längre drifttider för vattenburet system då kylmaskinerna måste vara igång även vid
låga utetemperaturer. Detta eftersom att tilluftstemperaturen värms till t.ex. 20 o C
samtidigt som det finns interna värmelaster. Effekterna av dessa interna värmelaster
måste då minimeras av kylbafflarna.
4.2 Myndighetskrav
Boverket och Belok har ställt upp kravspecifikationer på hur mycket energi en byggnad får
förbruka. Boverket är den myndighet i Sverige som svarar för frågor om byggande. Deras
regler skall följas. De ger ut Boverkets byggregler (BBR) som är en samling regler för
byggande. Kapitel 9 i BBR handlar om energihushållning och ställer krav på vilken
energianvändning som får förbrukas per kvadratmeter och år. Sverige är uppdelat i tre
klimatzoner och där de olika zonerna har olika krav på energianvändning. Skåne ligger i
klimatzon III med strängast krav på energianvändning. Tabell 4:1 nedan visar vilka specifika
energikrav som BBR ställer i klimatzon tre.
Tabell 4:1 Lokaler som har annat uppvärmningssätt än elvärme 21
F
Klimatzon
Byggnadens specifika energianvändning
[kWh per m 2 Atemp och år]
III
100
+ tillägg då uteluftsflödet av utökade
hygieniska skäl är större än 0,35 l/s per
m2 i temperaturreglerade utrymmen.
Där qmedel är det genomsnittliga
specifika
uteluftsflödet
under
uppvärmningssäsongen och får högst
tillgodoräknas upp till 1,00 [l/s per m 2 ].
70(qmedel0,35)
BBR säger att ventilationsaggregatets eleffekt bör vid dimensionerat flöde ha ett SFP-värde
på högst 2,0 kW /(m 3 / s ) om det är ett från- och tilluftaggregat med värmeåtervinning.
21
www.boverket.se, 2009-05-04
H
H
16
Belok är en förening av fastighetsföretag som utgör några av de största beställarna av
lokalbyggnader i Sverige. Deras kravspecifikation är inte tvingande men är upprättad för att
sänka energikostnader och utveckla energieffektiviseringen. Deras krav är mer specifika än
BBR och även hårdare. I tabell 4:2 visas de krav som Belok ställer gällande
energianvändning.
Beloks krav
Ombyggnad
Byggnadens
specifika 120 varav 45 el
energianvändning [kWh
per m 2 Atemp och år]
Nybyggnad
Nyckeltal
80 varav 35 el
Vid max 3000 timmar
drifttid
för
klimatanläggning.
Totalverkningsgrad
60 %
50 %
Fläktar
B-hjul
Axial
F-hjul
Kammarfläkt
Återvinningsaggregat
Roterande
Platt
Batteri
SFP-värde FTX-system
50 %
Temp. Verkningsgrad
80 %
70 %
60 %
2,5 kW /(m 3 / s )
Ja
Behovsanpassning
Ja
Årstidsanpassning
Tabell 4:2 BELOK:s energikrav 22
1,5 kW /(m 3 / s )
Ja
Ja
F
4.3 Sorptiv Kyla
Att kyla med sorptiv kyla är ett alternativ till andra lösningar såsom kylmaskiner, fjärrkyla,
frikyla, evaporativ kyla eller kombinationer av dessa. 23 I stora drag används värme för att
F
F
kyla. Uteluften värms upp och torkas för att sedan kylas ned och befuktas för ytterligare
nedkylning. Eftersom uteluften torkas kan en lägre tilluftstemperatur tillföras till rummet utan
att få kondensbildning. Bilden nedan visar kort om hur tekniken fungerar med temperaturer
och vattenånginnehåll. Data är exempel från Munters 24 som senare kommer att beskrivas.
F
F
22
www.belok.se/, 2009-03-25
Abel & Elmroth, 2006, s.159
24
Munters, Seminarium 2009-03-23
H
H
23
17
Figur 4.1 Sorptivt kylaggregat 25
F
4.3.1 Internationella erfarenheter
I övriga Europa utvecklas system där Sorptiv kyla kopplas ihop med solfångare för att
producera värme. Europakommissionen har uppmärksammat detta och driver ett projekt som
heter Solair för att minska användningen av kylmaskiner. 26 Det finns cirka 70 anläggningar
F
F
runt om i Europa som använder solfångare för att producera värmen. De flesta finns i Spanien
och Tyskland. Ett exempel på en sådan anläggning finns i Freiburg, Tyskland. Lokaler som
används som cafeteria och till seminarium kyls med värme från solpaneler. Dessa solpaneler
täcker 100 kvadratmeter och räcker för ett luftflöde på 10 200 m 3 / h . Anläggningen fungerar
utan problem. Den största installerade anläggningen finns i Grekland och har en kyleffekt på
350 kW. 27
F
På University of Lincoln, Lincolnshire, England, finns en av de första sorptiva
kylanläggningarna i Storbritannien installerad. En fallstudie har gjorts på denna för att
utvärdera tekniken. Fallstudien visade sig att tekniken fungerar relativt bra under största delen
av studieperioden (1 år), men vid ett par tillfällen vid utetemperaturer över 20 grader Celcius
25
Munters, Seminarium 2009-03-23
www.solair-project.eu, 2009-06-04
27
Henning Hans-Martin, Applied Thermal Engineering, Volume 27, Issue 10, July 2007,
26
18
hade systemet svårt att sänka tilluften till rätt temperatur. Trots detta ansågs systemet som
energieffektivt och som ett fördelaktigt sätt att producera kyla.28
F
4.3.2 Relativ fukt
Luftens fuktighet mäts i relativ fuktighet (% RF). Det är förhållandet mellan aktuell mängd
vattenånga och maximal mängd vattenånga som luften kan bära vid en viss temperatur. Ju
högre temperaturen är, desto mer vattenånga kan luften bära. Vid 100% RF är luften mättad
och fukten fälls ut i form av små vattendroppar (kondens). 29 Den relativa luftfuktigheten
F
F
åskådliggörs enklast genom att titta i ett Mollierdiagram (se figur 4.2.).
4.3.3 Avfuktning
Avfuktning är ett annat ord för att sänka den relativa fuktigheten i luften. I teorin innebär detta
att mängden vattenånga i luften minskas och då höjs även temperaturen eftersom
energimängden (entalpin) är den samma. Detta kan illustreras av bilden nedan där
begynnelsetemperaturen är 20 o C (punkt 1) med ett vattenånginnehåll på 10g/kg torr luft.
Luften avfuktas sedan med 3g/kg torr luft till 7g/kg torr luft vilket innebär att temperaturen
stiger till 27,5 o C (punkt 2). Den relativa fuktigheten är nu cirka 30 % jämfört med cirka 70 %
i punkt 1.
28
Halliday S. P. & Beggs C. B. , Indoor and Built Envirolment 2004; 13
www.munters.se/, (1) 2009-03-30
29
H
H
19
Figur 4.2
För att sänka den relativa fuktigheten brukar luften värmas och ventileras. Detta är väldigt
dyrt och energikrävande. För att få bort fukt och kondens måste först material och media
värmas upp utan att luften värms upp, vilket är väldigt svårt och därmed energikrävande. En
sorptionsavfuktare
är
mer
effektiv
eftersom
ett
absorptionsmaterial
attraherar
vattenmolekylerna i luften. Efter att luften passerat avfuktaren är den relativa fuktigheten
lägre. För att transportera bort upptagen fukt blåser ett regenereringsbatteri varm luft genom
absorptionsmaterialet som därmed avfuktas. Sorptiva kylaggregat använder sig av den här
tekniken. 30
F
F
Sorptiva kylaggregat har en roterande torkrotor. Då varm luft används för att avfukta
absorptionsmaterialet överförs en del värme till den sida där absorption sker då materialet
roterar. Detta resulterar i att entalpin inte blir densamma eftersom värme tillförs. Detta gör att
30
www.munters.se/, (1) 2009-03-30
H
H
20
figur 4.2 inte är helt rättvisande. En tumregel är att räkna med 3,3 o C temperaturhöjning för
varje g/kg torr luft som avfuktas. 31
F
Fuktig
luft
Torr
luft
Figur 4.3 Sorptionsavfuktare (torkrotor) 32
F
4.3.4 Entalpi
Entalpi är i detta fall luftens värmeinnehåll och består av en torr del och en del för
vattenångan. 33 Entalpin är beroende av mediets värmekapacitet, d.v.s. den mängd energi som
F
F
behövs för att höja temperaturen hos 1 kg av mediet med 1 grad. Formeln för den specifika
värmekapaciteten ser ut som följande:
c = E /(m * ΔT )
Där E är upptagen energi i Joule, m är massan i kilo, ΔT är temperaturökningen i grader
Celsius. Den specifika värmekapaciteten mäts i
J
och är olika stor för olika ämnen och
kg *o C
även för olika tillstånd av samma ämne. 34 Med anledning av detta skall luftens värmeinnehåll
F
F
alltid beräknas med entalpier då vattenånginnehållet förändras. För att räkna ut entalpin för
fuktig luft används följande formel 35 :
F
F
h = c p * t + c w * x * t + x * r0
31
Munters, Seminarium 2009-03-23
Munters, Seminarium 2009-03-23
33
Installationsteknik, Malmö högskola, s. 4, 2007-11-01
34
Bergström, Johansson, Nilsson, Alphonce, 2004, s. 183
35
Abel & Elmroth, 2006, s. 241
32
21
C p = 1,01kJ / kg *o C
Den torra luftens specifika värmekapacitet
C w = 1,85kJ / kg *o C
Vattenångans specifika värmekapacitet
r0 = 2500kJ / kg
Vattnets ångbildningsvärme vid 0 o C
t = .....o C
Luftens temperatur
x = .....kg / kg
Förhållandet mellan mängden ånga och mängden torr luft i en
luftvolym
Formeln kan även skrivas om till nedanstående där en del torr luft och en del vattenånga
lättare åskådliggörs.
64Vattenånga
4744
8
h = t + x * (r0 + c w * t )
Formeln visar att endast två variabler behöver vara kända för att räkna ut den tredje eftersom
som resten av formeln är konstant.
Om vattenmängden inte förändras kan luftens specifika värmekapacitet försummas. I dessa
fall kan en förenkling göras genom att enbart räkna på temperaturförändring i o C .
Entalpin kan vara den samma för olika temperaturer, men då skiljer sig luftens
vattenånginnehåll. Eftersom luft och vatten inte har samma värmekapacitet kan olika mängder
och kombinationer av dessa få samma entalpiresultat. Ett exempel på detta illustreras i figur
4.4 där temperaturen är 25 o C med ett vattenånginnehåll på 7g/kg torr luft och en entalpi på
43kJ/kg (punkt 1). Höjs sedan vattenånginnehållet med 3g/kg torr luft sänks temperaturen
med 7,5 o C till 17,5 o C då entalpin är den samma (punkt 2).
22
Figur 4.4 Mollierdiagram
4.3.5 Evaporation
Vid en vattenyta är det möjligt för vattenmolekylerna att lämna vattenytan och övergå från
vätskefas (vatten) till gasfas (ånga i luften). Detta fenomen kallas för evaporation eller
avdunstning (se figur 4.5). Avdunstning sker vid alla temperaturer och enbart från vattnets
yta. För att molekylerna skall lyckas avdunsta krävs att de har tillräckligt hög rörelseenergi för
att överkomma attraktionen från de andra molekylerna i vätskan. I samband med att dessa
molekyler lämnar vätskan sjunker temperaturen i vattnet eftersom de mest energirika
molekylerna har försvunnit. Samtidigt kyls också gasfasen av då de vattenmolekyler som ger
sig av från vätskan förlorar en del av sin rörelsenergi när de frigör sig från vätskan. De
attraktiva krafterna från vätskan ”bromsar” vattenmolekylerna som ger sig av. I och med detta
kommer de ”nya” gasmolekylerna att få en lägre rörelseenergi än medelenergin för de övriga
23
gasmolekylerna. Sammanfattningsvis beskrivs att avdunstning (evaporation) leder till en
sänkning av temperaturen. 36
F
Figur 4.5. Illustrering av avdunstning
Sorptiv kylteknik använder sig av avdunstning på ett liknande sätt. Vatten distribueras till den
övre delen av det evaporativa materialet via en spridarenhet. Vattnet får sedan rinna ned för
materialets speciellt framtagna struktur (se figur 4.6). När den varma och torra luften passerar
genom materialet avdunstar en del av vattnet och på så sätt skapas kall, befuktad luft. Detta
kallas även för en adiabatisk kylprocess 37 . Den energi som krävs för avdunstningen tas direkt
F
F
från luften som passerar materialet. Ju varmare och torrare luften är, desto större blir
avdunstningen. Ytans storlek där luften passerar avgör också hur stor avdunstningen blir. 38
F
F
Vid evaporativ kylning avdunstar vattenmolekyler från vätskefas till gasfas. Dessa
vattenmolekyler är endast 0,3 nm stora ( 1 *10 −9 m ).
36
www.ne.se, (1) 2009-03-26
www.munters.co.uk, (1) 2009-03-30
38
Munters, Seminarium 2009-03-23
H
H
37
H
H
24
Figur 4.6 39
F
4.3.6 Legionella
Begreppen legionella och legionärsjuka har sin början 1976 då en epidemi av
lunginflammation bröt ut bland krigsveteraner (legionärer) på en konferens i Philadelphia,
USA. Även i Sverige har utbrott av legionärsjukan förekommit. Kända smittokällor var då
från kyltorn, varmvattennätet och låga vattentemperaturer. Risk för smitta förekommer vid
inandning av vattenaerosoler (vattendimma) som innehåller legionellabakterier. Vattendimma
uppstår exempelvis vid duschning. De flesta som utsätts för legionellabakterier insjuknar dock
inte. Bakterierna lever i vatten i temperaturintervallet 0 – 50 o C . Tillväxten av legionella i
vattenledningssystem är beroende av framförallt temperaturen på vattnet men även av
material i ledningssystemet. Vid temperaturer över 50 o C dör bakterien efter några timmar,
över 60 o C efter några minuter och över 70 o C efter några sekunder. En legionellabakterie är
stavformad med en diameter på 0,3 μm till 0,9 μm och har en längd på ca 2 μm . 40
F
39
www.munters.co.uk/, (1) 2009-03-30
Berggren, 2005-06-15, utgåva 1
H
40
F
H
25
4.3.7 Sorptivt kylaggregat
Nedan följer en mer utförlig figur av Munters DesiCool-aggregat samt ett mollierdiagram som
behandlar de data som är inskrivna i figur 4.7, vilka är tagna från Munters. 41 Till detta hör en
F
F
förklarande text som beskriver vad som händer i de olika delarna. Alla värden om relativ fukt
är tagna från mollierdiagrammet.
Figur 4.7 Sorptivt kylaggregat sommartid med data från Munters 42
F
41
42
Munters, Seminarium 2009-03-23
Munters, Seminarium 2009-03-23
26
Figur 4.8
Mollierdiagram med
tillhörande data i
sommarfallet
27
4.3.7.1 Sommarfallet
Tilluft
1. Uteluften passerar ett filter för att smuts och partiklar inte skall förstöra aggregatet.
Här sker också en rening av luften vilket gör tilluften mindre hälsoskadlig. Luften här
är 30 o C med ett vattenånginnehåll på 10g/kg torr luft vilket resulterar i en relativ
fuktighet på 37,8 %. Detta åskådliggörs lättast genom att läsa av värdena i figur 4.8.
2. Luften passerar en torkrotor (sorptionsavfuktare) som absorberar fukt. Luften avfuktas
genom att vattenånginnehållet sänks från 10g/kg torr luft till 7g/kg torr luft vilket
medför att den relativa fuktigheten blir 15,3 %. Eftersom luften torkas sker en
temperaturhöjning som kan räknas ut med hjälp av entalpiskillnaden före och efter
torkrotorn. Då den roterande torkrotorn överför en del värme är det svårt att bestämma
entalpin efter torkrotorn. Tumregeln 3,3 o C för varje g/kg torr luft som avfuktas
används och resulterar i cirka 10 o C för 3g/kg torr luft. Det kan förklaras på följande
sätt:
Då ingen värme tillförs, det vill säga att när entalpin är densamma, höjs temperaturen
med 2,5 o C då luften avfuktas 1g/kg torr luft vilket kan ses i figur 4.2. Detta innebär
att torkrotorn överför 0,8 o C för varje g/kg torr luft då tumregeln används. 3g/kg torr
luft resulterar i 2,4 o C (3 * 0,8) vilket i sin tur motsvarar 2,4 kJ / kg då
värmekapaciteten för torr luft är cirka 1 kJ / kg , o C . Eftersom 1g/kg torr luft motsvarar
2,5 o C i temperaturhöjning då luften avfuktas och ingen värme tillförs, innebär detta
att en avfuktning på 3g/kg torr luft ger 2,5 o C * 3 = 7,5 o C + 2,4 o C som motsvarar
den värmetillförsel torkrotorn avger.
Denna rotor roterar i regel tio gånger långsammare än den roterande värmeväxlaren
som beskrivs i nästa punkt. 43 En del av torkrotorn absorberar fukt medan en del värms
F
F
upp och avdunstar ut i avluften. Detta visas enligt figur 4.3.
43
Munters, Seminarium 2009-03-23
28
3. En roterande värmeväxlare sänker temperaturen på luften då frånluften håller en
kallare temperatur. Temperaturen sänks från 40 o C till 25 o C . Uträkningen ser ut som
följande 44 :
F
F
t eftervärmeväxlaren = t eftertorkrotorn + η * (t efterevaporatorn − t eftertorkrotorn )
Verkningsgraden är i detta fall cirka 75 % vilket är rimligt 45 .
F
F
t eftervärmeväxlaren = 40 + 0,75 * (20 − 40) = 25 o C
Här sker ingen fuktövergång och därför är vattenånginnehållet fortfarande 7g/kg torr
luft. Dock har den relativa fuktigheten ökat till 35,6 % samtidigt som entalpin har
minskat då temperaturen har sänkts.
4. I evaporatorn befuktas luften med 3g/kg torr luft vilket innebär att temperaturen sänks.
Eftersom ingen värmeöverföring har skett är entalpin densamma både före och efter
evaporatorn. Detta gör det möjligt att räkna ut temperaturen.
h = t + x * (r0 + c w * t )
h = 25 + 0,007 * (2500 + 1,85 * 25)
≈ 43kJ / kg
43 = t + 0,01 * (2500 + 1,85 * t )
43 = t + 25 + 0,0185t
18 = 1,0185t
t ≈ 17,5 o C
Tilluftstemperaturen blir cirka 17,5 o C då entalpin är densamma.
Den yta som luften passerar på evaporatorn avgör hur mycket fukt som tillförs luften
och hur mycket temperaturen sänks. 46 Genom att ändra denna yta möjliggörs styrning
F
F
av tilluftstemperaturen. Hastigheten genom evaporatorn får aldrig överstiga 3.5 m/s
utan att en droppavskiljare finns installerad. Detta omöjliggör att vattendroppar följer
med i tilluften. 47
F
44
Byggnaden som system, Abel & Elmroth, 2006, s. 145
Byggnaden som system, Abel & Elmroth, 2006, s. 146
46
Munters, Seminarium 2009-03-23
47
Berggren, 2005-06-15, utgåva 1
45
29
Frånluft
5. Frånluften passerar ett filter för att smuts och partiklar inte skall förstöra aggregatet.
Luften är 25 o C och har ett vattenånginnehåll på 10g/kg torr luft vilket innebär att den
relativa fuktigheten är 50,6 %. Vattenånginnehållet är i praktiken mer i punkt 5 än i
punkt 4 eftersom fukt tillförs i rummet av till exempel personer. Denna fukttillförsel
tas inte hänsyn till då denna anses vara liten.
6. Luften passerar en evaporator som befuktar luften från 10g/kg torr luft till 12g/kg torr
luft och därmed sänks temperaturen från 25 o C till 20 o C . Detta eftersom att ingen
värmeöverföring sker vilket leder till att temperaturen sänks med 2,5 o C för varje g/kg
torr luft som befuktas luften. Detta visas även i figur 4.4. Den relativa fuktigheten ökar
till 82 % eftersom fukt tillsats luften. Precis som i den andra evaporatorn avgör ytan
som luften passerar på evaporatorn hur mycket fukt som tillförs luften och hur mycket
temperaturen sänks.
7. Den roterande värmeväxlaren ökar temperaturen på frånluften från 20 o C till 35 o C då
tilluften håller en högre temperatur. Denna uträkning görs på samma sätt som i punkt 3
med en verkningsgrad på 75 %. Här sker ingen fuktövergång och därför är
vattenånginnehållet fortfarande 12g/kg torr luft. Temperaturhöjningen leder till att
entalpin ökar och därmed sänks den relativa fuktigheten till 34,1 %.
8. I värmebatteriet höjs frånluftstemperaturen ytterligare till 55 o C . Höjning av
temperaturen leder till att den relativa fuktigheten sänks till 12,2 % vilket är en mycket
torr luft. Denna torra luft används sedan för att avfukta torkrotorn.
9. Frånluften passerar torkrotorn. Fukten som torkrotorn absorberat i uteluften avdunstar
ut i avluften. Då fukt avdunstar till luften sänks temperaturen. Här sker även en viss
form av värmeöverföring vilket innebär att 1g/kg torr luft motsvarar 3,3 o C i
temperatursänkning då tumregeln används. Då 3g/kg torr luft avfuktas från torkrotorn
leder detta till en temperatursänkning på cirka 10 o C . vattenånginnehållet har ökat från
12g/kg torr luft till 15g/kg torr luft. Den torra delen som nu är avfuktad kan sedan
absorbera fukt på nytt från uteluften då torkrotorn sakta roterar.
30
4.3.7.2 Vinterfallet
I vinterfallet fungerar aggregatet på ett liknande sätt som ett traditionellt
ventilationsaggregat. Den stora skillnaden är att torkrotorn fungerar som en andra
värmeväxlare då den roterar fortare på vintern än på sommaren. Dessa två värmeväxlare
ger upphov till en återvinning av frånluften på nästan 90 %. 48 Vid behov kan även tilluften
F
F
befuktas för att öka den relativa fuktigheten, vilket kan vara önskvärt inom t.ex.
livsmedelsindustrin eller på sjukhus. Detta resulterar dock i att temperaturen sänks vilket
måste åtgärdas genom att åter öka temperaturen i ett värmebatteri i tilluften. Figur 4.9
illustrerar ett exempelfall vintertid. Alla data är tagna från Munters.
Figur 4.9 Sorptivt kylaggregat vintertid med data från Munters
Nedan följer en djupare förklaring av aggregatet vintertid med mollierdiagram och
tillhörande data från figur 4.9. Indatan som har behandlats i diagrammet är temperatur och
vattenånginnehåll. Det ena mollierdiagrammet behandlar förloppet från uteluft till tilluft
och det andra mollierdiagrammet behandlar förloppet frånluft till avluft. Detta för att
lättare åskådliggöra vad som händer.
48
Munters, Seminarium 2009-03-23
31
uteluft - tilluft
Figur 4.10
Mollierdiagram med
tillhörande data i vinterfallet
rörande uteluft till tilluft
32
frånluft – avluft
Figur 4.11
Mollierdiagram med
tillhörande data i vinterfallet
rörande frånluft till avluft
33
Uteluft – tilluft
1. En kall vinter har uteluften i detta exempel en temperatur på -20 o C och ett
vattenånginnehåll på 0,5g/kg torr luft vilket resulterar i en relativ fuktighet på 79 %.
2. I torkrotorn överförs värme och fukt med en verkningsgrad på nästan 75 %.
Temperaturskillnaden mellan frånluften och tilluften är 23,7 o C vilket innebär att
temperaturen efter torkrotorn blir cirka -2,5 o C . Fuktskillnaden mellan frånluften och
tilluften är 3,2g/kg torr luft. 75 % av denna fuktskillnad resulterar i att fukthalten efter
torkrotorn blir cirka 2,5g/kg torr luft. Den relativa fuktigheten är 81,7 %.
3. I värmeväxlaren sker en värmeöverföring från frånluftssidan till tilluftssidan som leder
till
att
entalpin
ökar.
Här
sker
ingen
fuktövergång
vilket
innebär
att
vattenånginnehållet fortfarande är 2,5g/kg torr luft. Eftersom det sker en
värmeöverföring ökar temperaturen från -2,5 o C till 15,8 o C vilket resulterar i att den
relativa fuktigheten minskar från 81,7 % till 22,6 %.
4. I evaporatorn tillsätts vatten med 0,5g/kg torr luft för att öka den relativa fuktigheten
för att inte få så torr luft i tilluften. Detta innebär att temperaturen sänks med cirka
1,3 o C då en vattenmängd på 0,5g/kg torr luft motsvarar hälften av 2,5 o C .
vattenånginnehållet blir 3g/kg torr luft efter evaporatorn. Sänkningen av temperaturen
måste sedan kompenseras i punkt 5. Den relativa fuktigheten höjs från 22,6 % till 29,4
% vilket i sin tur kostar pengar. Eftersom ingen värmeöverföring har skett är entalpin
densamma.
5. Värmebatteriet höjer temperaturen på luften till önskad tilluftstemperatur. Ju mer
vatten som tillförs i punkt 4 desto mer värme måste tillföras i värmebatteriet för att
höja temperaturen. Temperaturen höjs från 14,5 o C till 18 o C genom värmeöverföring.
Detta leder till att entalpin ökar samtidigt som den relativa fuktigheten minskar från
29,4 % till 23,6 % och innebär med andra ord att luften blir torrare.
34
Frånluft – avluft
1. Frånluften håller en temperatur på 22 o C och ett vattenånginnehåll på 3,2g/kg torr luft.
Detta innebär att den relativa fuktigheten har minskat från 23,6 % i punkt 5 (tilluften)
till 19,6 % då temperaturen har stigit.
2. Värmeväxlaren överför värme till tilluftssidan vilket leder till att temperaturen sänks
till 3,7 o C på frånluftssidan och att den relativa fuktigheten ökar till 65,1 %.
Vattenånginnehållet är fortfarande 3,2g/kg torr luft eftersom ingen fuktöverföring
sker. Dock har entalpin minskat då värme har försvunnit.
3. I torkrotorn överförs värme från frånluftssidan till tilluftsidan. Utan fuktöverföring
innebär detta att temperaturen sjunker från 3,7 o C till -18,8 o C . Därefter bortförs fukt
med cirka 2g/kg torr luft vilket inne bär att den slutliga temperaturen blir -13,8 o C . Ett
vattenånginnehåll på 2g/kg torr luft motsvarar en temperaturhöjning på 5 o C (2 *
2,5 o C ). Den relativa fuktigheten stiger till hela 96,9 % samtidigt som entalpin sjunker
till -11,1 kj/kg.
4.3.8 Förhållandet värme och kyla
För att åskådliggöra förhållandet mellan tillförd värme i regenereringsbatteriet och den
mängd kyla som produceras följer här ett räkneexempel:
För att öka temperaturen 20 o C i regenereringsbatteriet i figur 4.7 krävs 24 kW/ m 3 , s
enligt formeln:
•
•
Q = V * ρ * Cp * Δt
•
där V = 1 m 3 /s, ρ = 1,2 kg/ m 3 , Cp = 1 kWs/kg* o C
24 kW värmeeffekt ger ca 16 kW kyleffekt då entalpiskillnaden är 13 kJ/kg
(entalpiskillnaden ersätter Δt i formeln ovan) mellan uteluften och tilluften. Detta innebär
att förhållandet mellan tillförd värme och producerad kyla i detta fall är ca 1,5. Denna
teori stöds även i boken ”Byggnaden som system” av Abel & Elmroth, 2006, s. 163. Dock
är förhållandet inte alltid 1,5. Upp till en utetemperatur på 20 o C kan evaporatorerna kyla
35
tilluften genom att tillföra vatten. Detta innebär att det aldrig behöver tillföras någon
värme för att föra bort fukt ur torkrotorn då det inte är varmare än 20 o C ute. Ju varmare
utetemperaturen är, desto mer fukt måste absorberas i torkrotorn och desto mer värme
måste tillföras i regenereringsbatteriet. Detta leder till att förhållandet mellan tillförd
värme och den kyla som produceras är väldigt varierande beroende på utetemperaturen. I
verkligenhet krävs i snitt mellan 0,5 och 0,66 kWh värme för att producera 1 kWh kyla. 49
F
F
Detta betyder att COPvärme = 1,5 − 2 .
Årsfaktor , COPvärme =
Kyla
Värme
4.4 Fjärrkyla
Fjärrkyla är ett alternativ till kylmaskiner i de fall då fjärrkyla finns att tillgå. Fjärrkyla är
en billigare investering då fastighetsägaren slipper köpa kylmaskiner. Här nedan följer ett
exempel på hur Fortums fjärrkylanät skulle kunna se ut och fungera. Informationen är ett
utklipp från Fortums hemsida 50
F
49
Stark Torgil, Munters, 2009-05-15
www.fortum.com/ 2009-05-19
50
H
H
36
4.5 Kylmaskiner
Kompressorkyla är det klassiska sättet att producera kyla. Kylmaskinen fungerar på samma
sätt som en vanlig värmepump, men här är det istället den kalla sidan som utnyttjas. 51 Ett
F
F
arbetsmedia cirkulerar i kylmaskinen som genomgår olika faser. I förångaren värms det kalla
arbetsmediet upp av t.ex. rumsluften och förångas. Denna ånga komprimeras av en
kompressor som ökar tycket vilket i sin tur resulterar i att temperaturen stiger. Den varma
ångan får sedan kondensera i kondensorn där värme avges i t.ex. ett kyltorn. Efter kondensorn
förs varmt arbetsmedia (vätska) vidare till en strypventil. Denna strypventil sänker trycket
vilket leder till att temperaturen på arbetsmediet sänks. På detta sätt cirkulerar arbetsmediet i
kylmaskinen samtidigt som kyla och värme avges. Förhållandet mellan tillförd el i
kompressorn och uttagen kyleffekt i förångaren ser ut på följande sätt:
En vanlig årsköldfaktor brukar inte vara större än COPc = 2 – 3,3. 52
F
51
www.energimyndigheten.se, s.12, 2009-04-08
Abel & Elmroth, 2006, s. 163
H
52
H
37
Figur 4.10 nedan visar kort om kylmaskinsprocessen.
Figur 4.10 Kylmaskinsprocessen 53
F
4.6 LCC
Livscykelkostnaden är kostnaden för en produkt under hela dess livstid. Detta görs för att ta
hänsyn till förbrukningskostnaderna under produktens livslängd och inte bara titta på vilken
produkt som är billigast i inköp. 54 Genom omräkningstal (se bilaga 1) räknas energi- och
F
F
underhållskostnaderna om till dagens penningvärde för att på så sätt kunna jämföra olika
alternativ med varandra. För att genomföra beräkningen skall livslängden, kalkylränta,
inflation samt restvärdet bestämmas. Livslängden kan vara svår att anta men kan fastställas på
dessa tre olika sätt: 55
F
•
Ekonomisk livslängd, den period som tillgången skrivs av på.
•
Teknisk livslängd, den period som tillgången är teknisk brukbar på.
•
Uppskattad livslängd, en period som investeraren uppskattar att tillgången är brukbar.
Kalkylräntan är det avkastningskrav som investeraren har på insatt kapital. 56 Den kan baseras
F
F
på: 57
F
53
www.energimyndigheten.se/, s.12, 2009-04-08
Andersson, 2008, s.214
55
U.F.O.S och Sveriges kommuner och Landsting, 2006, s. 15
56
www.ne.se/ (2) 2009-05-11
57
U.F.O.S och Sveriges kommuner och Landsting, 2006, s. 32
H
H
54
H
H
38
•
Bankens utlåningsränta
•
Bankens inlåningsränta
•
Förräntningen som andra investeringar i företaget ger
Inflationen är den procentsats som konsumentprisindex (KPI) ökar med varje år. En
vägledning är att Riskbankens inflationsmål är 2 %. 58 Restvärdet är liksom livslängden svår
F
F
att anta och kan motsvara ett skrotvärde eller ett andrahandsvärde. 59
F
4.7 Energipriser
Fjärrvärmepriset baseras på en effektdel och en rörlig del. 60 Detta åskådliggörs i tabellen
F
F
nedan som är hämtad från Eon. E är den högsta effekten som tas ut i januari och februari och
energipriserna är tillsvidarepriser.
Fjärrvärme
A
B
C
1483*E
1053*E
613*E
kr/år
0,285
0,367
0,451 kr/kWh
Effektpris
Energipris
Förutom den fasta och rörliga delen kan en bonus respektive avgift tillkomma. Då
temperaturskillnaden är mer än 45 o C fås en flödesbonus på 15 öre / m 3 , o C . Alternativt fås en
flödesavgift på 8 öre / m 3 , o C . 61
F
F
Fjärrkyla beräknas på precis samma sätt som fjärrvärme. En effektdel, 694 kr/kW, år och en
förbrukningsdel, 0,23 kr/kWh. 62 Till detta tillkommer även en kostnad för anslutning till
F
F
fjärrkylanätet.
Eons fasta pris på el över 3 år är cirka 80 öre/kWh exklusive moms. 63 Därefter tillkommer en
F
F
elöverföringsavgift på 15,6 öre/kWh exklusive moms och en elnätsavgift. Elnätsavgiften
baseras på vilken huvudsäkring som finns installerad i fastigheten. Ju större huvudsäkring
58
www.riksbank.se/ 2009-05-11
U.F.O.S och Sveriges kommuner och Landsting, 2006, s. 16
60
www.eon.se/, (1) 2009-05-11
61
www.eon.se/, (1) 2009-05-11
62
Eon, 2009-04-15
63
www.eon.se/, (2) 2009-05-07
H
H
59
H
H
H
H
39
desto dyrare blir det. Exempelpriserna nedan är från Eon och visar kostnaden för en 100
Amperes säkring respektive en 200 Amperes säkring: 64
F
100 A
200 A
18 224 kr/år
40 844 kr/år
Huvudsäkringen måste vara större när kylmaskiner finns installerade då det behövs en större
eleffekt än när fjärrkyla och sorptiv kyla finns installerad.
I det sorptiva kylaggregatet går det åt vatten. VASYD som distribuerar vatten i Malmö uppger
ett pris på 6,70 kronor per kubikmeter. 65
F
4.8 Miljöpåverkan
Miljöpåverkan har blivit allt mer aktuellt i samband med ökade koldioxidutsläpp och den
globala uppvärmningen. För att undersöka vilket energialternativ som släpper ut minst
koldioxid i luften måste andelen kol i en viss volym/mängd av ett ämne vara känt. Dessa
siffror är dock inte helt korrekta då koldioxidutsläppen beror på vilken energikälla som har
producerat energin. Om vattenkraft har producerat energin släpps mindre koldioxid ut än om
olja har producerat energin. 2007 var utsläppen för fjärrvärme i Malmö och Burlöv 109 gram
CO2/kWh. Fjärrkyla i Malmö släpper ut 24 gram CO2/kWh och el 165 gram CO2/kWh. 66
F
F
Sorptiv kylteknik använder inte el i regenereringsbatteriet utan använder istället fjärrvärme
eller andra liknande värmekällor vilket påverkar koldioxidutsläppen. Koldioxidutsläppen för
fjärrvärme är i regel mindre än koldioxidutsläppen för el. Bortsett från dessa koldioxidutsläpp
är tekniken väldigt miljövänlig och är helt utan miljöfarliga köldmedier då tekniken använder
vatten för att skapa kyla på naturens egna sätt. 67 Förutom detta skiljer sig inte sorptiv
F
F
kylteknik märkbart rent miljömässigt jämfört med konventionell teknik.
64
www.eon.se/, (3) 2009-05-07
www.vasyd.se/, 2009-05-18
66
www.mah.se/, 2009-05-05
67
Munters, Seminarium 2009-03-23
H
H
65
H
H
H
H
40
5. Undersökning
I detta kapitel redovisas fallstudien och det objektet som fallstudien är utförd på. Driftstatistik
presenteras och omräkningar för att applicera de alternativa kylteknikerna på objektet.
Förväntad energianvändning presenteras och antagande redogörs.
Bild 5.1 Stapelbädden 4
5.1 Objektet
Fastigheten i fallstudien är Stapelbädden 4 och ligger på Östra Varvsgatan 4 i Malmö.
Byggnaden inhyser 8035 kvm kontor och kommersiella lokaler. Den ägs av Alecta, och
COOR Service Management ansvarar för den tekniska förvaltningen. Uppvärmning sker med
fjärrvärme för att värma radiatorer och kylning sker med luftburen kyla från fjärrkyla.
Ventilationsaggregatet är ett FTX-aggregat med roterande värmeväxlare. Denna typ av
aggregat
har
en
temperaturverkninsgrad
(η )
på
ca
80
%. 68
F
F
Dimensionerande
tilluftstemperatur är ca 15 o C och frånluftstemperaturen ca 22 o C vilka varierar ca 1 o C . 69
F
F
Det finns ett driftrum i markplan med fyra stycken ventilationsaggregat med följande
tilluftsflöden: 70
F
68
Abel & Elmroth, 2006, s. 146
Besök Östra Varvsgatan 4 Malmö, 2009-04-28
70
Driftstatistik, se bilaga 3
69
41
Aggregat 5701
maxflöde = 10 m 3 / s
Aggregat 5702
maxflöde = 9,6 m 3 / s
Aggregat 5703
maxflöde = 0,7 m 3 / s
Aggregat 5704
maxflöde = 1,49 m 3 / s
Sammanlagt finns ett dimensionerande flöde på cirka 22 m 3 / s . De två större aggregaten tar
hand om norra respektive södra delen av byggnaden och de två mindre förser de butiks-,
bank- och restauranglokalerna i bottenplan med ventilation.
Fjärrvärmeförbrukningen var under perioden 320 200 kWh och fjärrkylaförbrukningen var
200 400 kWh under samma period. 71
F
F
Stapelbädden 4 är en GreenBuilding byggnad. Det betyder att den har en kvalitetsmärkning
för energieffektiva byggnader som lanserades av EU kommissionen 2004 och innebär att
byggnaden har byggts för att vara så energieffektiv och miljövänlig som möjligt.72
F
Byggnaden använder sig av DCV (Demand Control Ventilation) och IDCC don (Intelligent
Diffuser for Climate Control) i ventilationen. Donen anpassar individuellt luftflödet och har
en motor som anpassar luftspaltens höjd som då kan reglera luftflödet med bibehållen
hastighet på luften. Givare för temperatur och närvaro bestämmer luftflödet individuellt för
varje don. Figur 5.1 visar donets funktioner och konstruktion. 73 Med DCV ventilation varierar
F
F
luftflödet hela tiden beroende på hur mycket folk det är i byggnaden och hur stora de interna
värmelasterna är för att alltid ha ”rätt” luftflöde och på så sätt alltid ha en optimal drift.
71
Driftstatistik, se bilaga 2
www.ncc.se/ 2009-04-08
73
www.lindinvent.se/, (1) 2009-04-08
72
H
H
H
H
42
Figur 5.1 IDCC don 74
F
5.2 Ventilation
Det finns inget behov att värma tilluften i ventilationen. Det obefintliga värmebehovet i
ventilationen är en följd av den låga tilluftstemperaturen kombinerat med hög
temperaturverkningsgrad (η = 80 %) i den roterande värmeväxlaren. Den fjärrvärme som
förbrukas används till radiatorer och tappvarmvatten. För att visa detta beräknas nedan hur låg
utetemperaturen
kan
vara
för
att
få
en
tilluftstemperatur
på
15 o C
då
temperaturverkningsgraden är 80 %. Detta visar, enlig nedan, att eftervärmning bara behövs
om det är -13 o C ute eller kallare under kontorstid. Mellan 1991-2001 uppmättes aldrig en så
låg temperatur vid SMHI:s väderstation i Falsterbo. 75
F
t från = 22 o C
t ute =
ttill = 15 o C
t till − (η * t från )
F
η
= 80 %
t ute =
(1 − η )
15 − (0,8 * 22)
= −13o C
(1 − 0,8)
Dimensionerande flöden är: 76
F
•
Maximalt flöde 21 820 l/s
•
Minimumflöde 3 353 l/s
74
www.lindinvent.se/, (2) 2009-04-08
www.smhi.se/ 2009-04-15
76
Driftstatistik, se bilaga 3
H
H
75
H
H
43
5.3 Kylenergi
Nedan följer beräkning av hur mycket fjärrvärme som förbrukas för att kyla Stapelbädden 4
med ett sorptivt kylaggragat.
Qsorptiv :
Qkyla
1,5
Qkyla =200 400 kWh / år
kWh / år
Qsorptiv = 200 400 /1,5 = 133 600 kWh / år
För att producera 1 kWh kyla i en kylmaskin behövs det ca 0,5 kWh el till kompressorn, 77
F
F
vilket gör att förbrukningen för att kyla byggnaden halveras i jämförelse med fjärrkyla. Enligt
Ahlsell som är återförsäljare av kylmaskiner tillhandahåller de kylmaskiner som kan
producera 3,48 delar kyla av en del el. Torgil Stark på Munters kommenterar dock att en
kylfaktor på 3,48 endast uppstår vid fullast. Enligt honom är den verkliga genomsnittliga
kylfaktorn under ett år cirka 75 % av i detta fall 3,48. Detta innebär att kylfaktorn för
kylmaskinen endast är 2,61.
Qelkyla =
200400
= 76782kWh / år
2,61
5.4 Fastighetsel
I fastighetsel ingår el för att driva fläktar, pumpar, hissar, styrutrustning och viss belysning.
Då det inte finns någon tillgång till statistik över Q fel är en del antagande gjorda. SFP är
antaget att vara 2 kW /(m 3 / s) för konstant flöde för det befintliga aggregatet och 2,2
kW /(m 3 / s) för sorptionsaggregatatet 78 . Under kontorstid varierar ventilationsflödet då
F
F
ventilationen är behovsstyrd vilket gör att elenergin som går åt att driva fläktarna ständigt
varierar. Under övrig tid är flödet dock beräknat som konstant. Vid beräkning av SFP-värde
har året delats in i två delar:
77
78
Abel & Elmrot, s.163, 2006
Stark Torgil, Munters, 2009-05-15
44
•
kontorstid 2 500 timmar per år. 79
•
Utom kontorstid 6 260 timmar per år.
F
•
Qel = V * SFP * h
Qeldagtid (22 * 0,65) * ( 0,65 2 * 2) * 2500 = 30 209 kWh / år
Befintligt aggregat
Qeldagtid (22 * 0,65) * ( 0,65 2 * 2,2) * 2500 = 33 230 kWh / år
Sorptivt aggregat
Anledningen till att bara 65 % av det dimensionerande luftflödet används beror på att det
mycket sällan är fullt med människor i byggnaden. Det är inte rimligt att fläktarna går för fullt
under hela arbetstiden. Eftersom att flödet minskar, minskar även SFP-värdet i kvadrat. Övrig
tid, kvällar och helger antas ventilationen gå på 3,4 m 3 / s .
2
Qelövrigtid
⎛ 3,4 ⎞
3,4 * ( ⎜
⎟ * 2,0) * 6260 = 1 017 kWh / år
⎝ 22 ⎠
Qelövrigtid
⎛ 3,4 ⎞
3,4 * ( ⎜
⎟ * 2,2) * 6260 = 1 118 kWh / år
⎝ 22 ⎠
Befintligt aggregat
2
Sorptivt aggregat
Elförbrukningen blir således cirka 31 226 kWh / år för det befintliga aggregatet och cirka 34
348 kWh / år för det sorptiva aggregatet för att driva ventilationsaggregatets fläktar. Till detta
tillkommer mindre poster för undercentraler, hissar, trapphusbelysning med mera. Då det inte
finns tillgång till statistik över elförbrukningen är det svårt att beräkna den, men 10
kWh / m 2 , Atemp, år totalt borde ge utrymme för de mindre posterna. Detta betyder att det
sorptiva aggregatet förbrukar 10 kWh / m 2 , Atemp, år el plus skillnaden i el mellan befintligt
aggregat och det sorptiva agreggatet.
5.5 Resultat
Nedan följer tabeller över den beräknade mängden energi under perioden februari 2008 till
januari 2009 för de tre olika undersökta alternativen.
79
Abel & Elmrot, s.138, 2006
45
Köpt energi Stapelbädden 4 idag med fjärrkyla
Q fjv
Energiförbrukning
328 200 kWh / år
Specifik Energianvändning
41 kWh / m 2 , Atemp, år
Qvent
Qkyla
0 kWh / år
200 400 kWh / år
0 kWh / m 2 , Atemp, år
25 kWh / m 2 , Atemp, år
Q fel
80 350 kWh / år
10 kWh / m 2 , Atemp, år
608 950 kWh / år
Qtot
76 kWh / m 2 , Atemp, år
Tabell 5:1 Dagens förbrukning, Stapelbädden 4
Köpt energi med sorptiv kyla
Q fjv
Energiförbrukning
461 800 kWh / år
Specifik Energianvändning
57 kWh / m 2 , Atemp, år
Qvent
Qkyla
0 kWh / år
0 kWh / år
0 kWh / m 2 , Atemp, år
0 kWh / m 2 , Atemp, år
Q fel
83 472 kWh / år
10 kWh / m 2 , Atemp, år
545 272 kWh / år
Qtot
68 kWh / m 2 , Atemp, år
Tabell 5:2 Förbrukning med sorptiv kylanläggning, Stapelbädden 4
Köpt energi med kylmaskin
Q fjv
Energiförbrukning
328 200 kWh / år
Specifik Energianvändning
41 kWh / m 2 , Atemp, år
Qvent
Qkyla
0 kWh / år
0 kWh / år
0 kWh / m 2 , Atemp, år
0 kWh / m 2 , Atemp, år
Q fel
157 132 kWh / år
20 kWh / m 2 , Atemp, år
485 332 kWh / år
Qtot
60 kWh / m 2 , Atemp, år
Tabell 5:3 Förbrukning med kylmaskin, Stapelbädden 4
5.6 Kallvatten till evaporatorerna
Att räkna ut mängden vatten som förbrukas i evaporatorerna (i till- och frånluften) är svårt
och kräver oftast beräkningsprogram. Stapelbädden 4 gjorde mellan feb 2008 och jan 2009 av
med 200 400 kWh fjärrkyla. Denna mängd fjärrkyla motsvarar dock inte den mängd kyla som
uppstår då vatten tillförs luften genom evaporatorerna. Detta medför att beräkningen är
väldigt svår att genomföra.
46
Eftersom energin genomgår tre faser, vatten, ångbildning och vattenånga, skulle uträkningen
kunna förenklas då vatten och vattenånga innehåller så pass lite energi/kg och
o
C i
förhållande till ångbildningsfasen.
Vattnet i evaporatorerna antas ha en temperatur på 8 o C vilket kräver en viss mängd energi för
att förånga. Den specifika ångbildningsentalpin för 8 o C är cirka 2500 kJ / kg 80 vilket är
F
F
detsamma som 2500 kWs / kg .
Enligt formeln E = c * m kan mängden vatten beräknas om energimängden är känd. Eftersom
energimängden inte är känd måste beräkningsprogram användas.
Vid ett konstant ventilationsflöde på 20 m 3 / s som är i drift 12 timmar om dagen och 7 dagar
i veckan skulle ge en vattenförbrukning på 520 m 3 / år 81 . Eftersom Stapelbädden 4 använder
F
F
behovsstyrd ventilation antas kallvattenförbrukningen vara hälften så stor, d.v.s.
260 m 3 / år 82 .
F
F
5.7 Kyleffekt
Att beräkna kyleffekten är nödvändigt för att kunna få ett pris på ventilationsaggregat och
kunna beräkna fjärrkylapriser. För att beräkna kyleffekten måste först luftens entalpi vid olika
temperaturer beräknas. Luftens entalpi beräknas genom lufttemperaturen och andelen ånga i
luften. Nedan följer indata och beräkningar för det dimensionerande fallet i Stapelbädden 4.
t till = 15 ۫ C Ångkvot [x] 0,0089 [kg ånga / kg torr luft]
t ute = 25 ۫ C Ångkvot [x] 0,0089 [kg ånga / kg torr luft]
64Vattenånga
4744
8
h = t + x * (r0 + c w * t )
cw = 1,85 kJ/kg ۫ C
ro = 2 500 kJ/kg
80
Mörtstedt & Hellsten, 1996, s. 39
Stark Torgil, Munters, 2009-05-15
82
Stark Torgil, Munters, 2009-05-15
81
47
hute = 25 + 0,0089 * (2500 + 1,85 * 25) = 47,7 kJ / kg
htill = 15 + 0,0089 * (2500 + 1,85 * 15) = 37,5kJ / kg
Q = V * p * (h från − htill )
•
•
•
V = 22
•
Q = 22 * 1,2 * ( 47,7 – 37,5 ) = 269 kW
48
6. Analys
Analyskapitlet behandlar lönsamheten i att investera sorptiv kyla i kommersiella lokaler och
utvärderar även miljökonsekvenserna av alternativet i jämförelse med kylmaskin och
fjärrkyla.
6.1 Energianvändning
Den specifika energiförbrukning enligt tabell 5:1, 5:2 och 5:3 samt de myndighetskrav som
gäller enligt tabell 4:1 och 4:2.
Fjärrkyla
Sorptiv kyla
Kylmaskin
Belok
BBR
76
68
60
80
145,5
kWh / m 2 , Atemp, år
Byggnaden har ett tilluftflöde på 21 820 l/s, det vill säga cirka 2,7 l/s, m² (21 820 / 8035). Då
det bara får tillgodoräknas 1 l/s, m² blir BBR:s krav på maximal energiförbrukning enligt
följande:
100 + 70(q medel − 0,35)kWh / m 2 , Atemp, år
qmedel = 1
100 + 70(1 − 0,35) = 145,5kWh / m 2 , Atemp, år
Alla tre alternativen klarar med god marginal BBR:s krav. Alla alternativ klarar dessutom av
Beloks krav som ställs på nybyggnation. Anledningen till att sorptiv kyla förbrukar fler
kilowattimmar per kvadratmeter och år jämfört med kylmaskinen beror på att årsfaktorn,
COPvärme ≈ 1,5 jämfört med kylmaskinen som har en årsköldfaktor, COPkyla ≈ 2,61 . Detta
betyder att kylmaskinen är mer effektiv då det gäller att producera kyla i förhållande till den
mängd arbete som tillförs. Elpriset är dock högre för att driva kylmaskinen än vad
fjärrvärmepriset är för att föra bort fukt i det sorptiva aggregatet. Fjärrkyla har motsvarande
COPkyla = 1 och förbrukar därmed flest kilowattimmar per kvadratmeter och år.
49
6.2 Miljö
Nedan presenteras koldioxidutsläppen för de tre olika alternativen (för fullständig beräkning
se bilaga 5).
Fjärrkyla
Sorptiv kyla
Kylmaskin
9 962 kg
20 230 kg
17 821 kg
Sorptiv kyla släpper ut mer koldioxid än de andra alternativen i detta fall. Samtidigt krävs
miljöfarlig arbetsmedia för att driva kylmaskinen. Det låga utsläppet för fjärrkyla beror på det
låga utsläppet av koldioxid per kilowattimme. Utsläppet av koldioxid varierar beroende på
vilken energikälla som har producerat den eftersträvade energin, och därför kan resultatet av
mängden koldioxidutsläpp se olika ut mellan olika energialternativ.
Eftersom vatten tillförs luften i evaporatorerna finns det en liten risk att legionellabakterier
sprids i luften och smittar personer i fastigheten. En vattenmolekyl är endast 0,3 nm stor
( 1 *10 −9 m ) medan en legionellabakterie är stavformad med en diameter på 0,3 μm till 0,9 μm
och har en längd på ca 2 μm . Detta innebär att den är ca 6700 gånger större än
vattenmolekylen. Det gör det omöjligt för en legionellabakterie att följa med en vattenmolekyl
från vätskefas till gasfas. Däremot får inte hastigheten överstiga 3,5 m/s när luften passerar
evaporatorn, annars kan vattendroppar ryckas med. För att förhindra detta helt och hållet finns
droppavskiljare att installera som omöjliggör vattendroppar i tilluften helt och hållet. Risken
att drabbas av legionellabakterier genom sorptiv kylning anses dock obefintlig jämfört med
den risk som personer utsätts för vid exempelvis duschning.
6.3 LCC förutsättningar
I fjärrkylafallet används fjärrkyla för att kyla tilluften. Hänsyn har tagits till både de årliga
fasta
och
rörliga
kostnaderna,
men
inte
till
installationskostnader.
Angående
installationskostnader har dessa inte berörts då det är svårt att fastställa ett bra pris. Dock
borde skillnader finnas när det gäller fjärrkyla och kylmaskiner då bland annat rör skall
monteras och isoleras på rätt sätt vilket kan vara en dyr kostnad. Investeringskostnaden för
fjärrkylafallet gäller ett aggregat för 22 m 3 / s
med tillhörande styrutrustning och
50
frekvensomformare. 83 En anslutningsavgift på 253 000 kr finns med i beräkningarna då detta
F
F
motsvarar vad det kostar att ansluta fjärrkyla med den eftersträvade effekten. 84 El för att driva
F
F
fläktar är också en post som finns med i beräkningarna. Övrig el för att driva undercentraler
m.m. har inte tagits hänsyn till, då de beräknas vara ungefär samma i alla tre fallen.
Underhållskostnaden antas vara 10 000 kr/år och är i detta fall en symbolisk kostnad för att
visa på att det finns en underhållskostnad. Livslängden beräknas i alla tre fallen till 20 år och
att det inte finns något restvärde. Andrahandsmarknaden för ventilationsaggregat är begränsad
och skrotvärdet anses vara obetydligt.
Med sorptivt kylaggregat finns istället ett fjärrvärmebehov. Eftersom effektdelen baseras på
uttagen effekt i januari och februari beräknas bara priset kr/kWh i livscykelkostnadsanalysen.
Det lägsta priset kr/kWh är 0,285 kr. Anslutningsavgiften har inte tagits med då det inte är
någon ytterligare kostnad eftersom fjärrvärme ändå måste kopplas in för att försörja
radiatorerna och producera varmvatten. Investeringskostnaden gäller för två aggregat på
vardera 10 m 3 / s med reglerutrustning samt uppstart/igångkörning. 85 Dessa två aggregat är de
F
F
största aggregaten som tillverkas av Munters. Förutom ovannämnda poster måste vatten
tillföras i evaporatorerna. Underhållet är precis som i fjärrkylafallet antagit till 10 000 kr/år
och är en symbolisk kostnad.
Med kylmaskin berör investeringen en kylmaskin plus ett ventilationsaggregat (samma
aggregat som används i fallet med fjärrkyla). Investeringskostnaden för kylmaskinen gäller en
kyleffekt på 251 kW (vilket är nära den eftersträvade effekten) och en kylfaktor på 2,61 med
pump och tank. 86 Den mängd energi som tillförs kompressorn i kylmaskinen leder till att
F
F
elkostnaden blir högre än de andra alternativen. När kylmaskinen finns installerad i
fastigheten krävs det en större huvudsäkring för att strömmen skall räcka till. Kostnaden för
denna huvudsäkring varierar beroende på hur stor huvudsäkringen är. Då kylmaskinen
behöver 66,8 kW för att kunna producera 251 kW kyla krävs en ström på 96 A enligt formeln
nedan då spänningen är 400 V med tre faser.
I=
P
U* 3
I=
66800
400 * 3
I = 96 A
83
IV Produkt, 2009-04-24
Eon, 2009-05-28
85
Stark Torgil, Munters, 2009-04-23
86
Ahlsell, 2009-05-03
84
51
Vid start av kylmaskinen är strömmen dock mycket högre och behöver då cirka 500
Ampere. 87 En huvudsäkring på 100 Ampere kostar 18 224 kr/år 88 men kostnaden kr/Ampere
F
F
F
F
ökar ju större huvudsäkringen är. Detta medför en merkostnad vid drift av kylmaskiner som
antas vara cirka 100 000 kr/år.
Förutom dessa poster tillkommer kostnader för underhåll samt kostnader för lokalanspråk då
kylmaskinen behöver utrymme som annars skulle kunna hyras ut. Underhållskostnaden antas
vara något högre än de andra två alternativen då mer teknik tillkommer vid installation av
kylmaskin. Kylmaskinen medför även en högre fast kostnad då en större säkring krävs och
denna uppskattade merkostnaden inkluderas i LCC:n. Bortfallet av hyresintäkter är baserat på
att hyran är 2000 kr/kvm och att den ytterligare yta som behövs är 15 kvm. Ytan används för
att koppla ihop kylmaskinen, som är konstruerad för att stå på taket, med
ventilationsaggregatet i driftrummet som står på bottenplan.
87
Ahlsell, 2009-05-03
www.eon.se, (3) 2009-05-07
88
H
H
52
6.4 LCC-analys
Nedan visas LCC-analysen av de tre olika alternativen under en nyttjandeperiod på 20 år. Alla
priser är exklusive moms. Kalkylräntan är satt till 7 % och inflationen till 2 %, samma som
Riksbankens inflationsmål. För beräkningar av årliga fjärrvärme-, fjärrkyla-, el- och
vattenkostnader se bilaga 4 Energikostnader.
LCC
Fjärrkyla Sorptiv kyla Kylmaskiner
20 år
7%
2%
12,46
20 år
7%
2%
12,46
Investering
Aggregat
Anslutningsavgift
1 010 000 kr
253 000 kr
2 400 000 kr
1 360 000 kr
Årliga kostnader
Fjärrvärmekostnad
Fjärrkylakostnad
El
Vatten
Underhåll
Ytterligare lokalanspråk
Summa årliga kostnader
Nuvärde av årliga kostnader
- kr
232 778 kr
29 696 kr
- kr
10 000 kr
- kr
272 474 kr
3 395 025 kr
38 076 kr
- kr
32 665 kr
1 742 kr
10 000 kr
- kr
82 483 kr
1 027 738 kr
- kr
- kr
202 715 kr
- kr
30 000 kr
12 000 kr
244 715 kr
3 049 152 kr
Livscykelkostnad
4 658 025 kr
3 427 738 kr
4 409 152 kr
73%
30%
Livslängd
Kalkylränta
Inflation
Omräkningstal
U
20 år
7%
2%
12,46
U
U
U
Andel driftskostnader
69%
Även om både energiförbrukningen och kostnaderna med sorptiv kyla och kylmaskin blir
lägre, har Stapelbädden 4 valt att använda fjärrkyla. Det går bara att spekulera i varför
fjärrkyla är valt, men det finns en del fördelar jämfört med kylmaskiner som inte finns med i
livscykelkostnadsanalysen. Eventuella framtida kostnader för arbetsmedia i kylmaskinen.
Skulle det hända något med fjärrkylaanläggningen står normalt sett inte fastighetsägaren för
detta om delen som har skadats ägs av fjärrkylaleverantören, vilket gör fjärrkyla till ett mer
pålitligt alternativ jämfört med kylmaskinen. Trots att fjärrkyla har högst livscykelkostnad
kan detta vara ett alternativ. Det är tryggt, bekvämt och det är det mest miljövänliga
alternativet för stunden i Malmö. Resultatet visar dock klart att sorptiv kyla är att föredra då
livscykelkostnaden är lägre än för både fjärrkyla och kylmaskinen. Sorptiv kyla var antagligen
53
inte lika aktuellt en tid tillbaka som det är i dagsläget och därför har förmodligen detta
energialternativ inte valts.
Skulle livslängden bara sättas till 10 år visar det ungefär samma livscykelkostnad för alla tre
alternativen.
LCC
Fjärrkyla Sorptiv kyla Kylmaskiner
10 år
7%
2%
7,72
10 år
7%
2%
7,72
Investering
Aggregat
Anslutningsavgift
1 010 000 kr
253 000 kr
2 400 000 kr
1 360 000 kr
Årliga kostnader
Fjärrvärmekostnad
Fjärrkylakostnad
El
Vatten
Underhåll
Ytterligare lokalanspråk
Summa årliga kostnader
Nuvärde av årliga kostnader
- kr
232 778 kr
29 696 kr
- kr
10 000 kr
- kr
272 474 kr
2 103 499 kr
38 076 kr
- kr
32 665 kr
1 742 kr
10 000 kr
- kr
82 483 kr
636 768 kr
- kr
- kr
202 715 kr
- kr
30 000 kr
12 000 kr
244 715 kr
1 889 202 kr
Livscykelkostnad
3 366 499 kr
3 036 768 kr
3 249 202 kr
62%
21%
Livslängd
Kalkylränta
Inflation
Omräkningstal
U
10 år
7%
2%
7,72
U
U
U
Andel driftskostnader
58%
Samma förutsättning gäller som i livscykelkostnadsanalysen för 20 år. Även om
investeringskostnaden är högst i sorptiv kyla fallet visar denna livscykelkostnadsanalys att det
ändå är ett konkurrenskraftigt alternativ även på kortare sikt, men det blir mindre lönsamt att
investera
i
sorptiv
kyla
då
livslängden
bara
är
satt
till
10
år.
Dessa
två
livscykelkostnadsanalyser visar på att ju längre investeringshorisonten är, desto lägre blir
livscykelkostnaden för sorptiv kyla i förhållande till de övriga alternativen.
Genom att välja sorptiv kyla ökar driftnettot med 189 991 kr/år jämfört med fjärrkyla. 189
991 kr/år motsvarar skillnaden i årliga energikostnader mellan fjärrkyla och sorptiv kyla (262
474 – 72 483). Samtidigt ökar investeringskostnaden med 1 137 000 kronor. Med en skillnad i
driftnetto på 189 991 kr/år och ett avkastningsvärde på 7 % kan ett ökat fastighetsvärde räknas
ut.
54
⎛ 189991 ⎞
⎜
⎟ − 1137000 = 1577157kr
⎝ 0,07 ⎠
Att investera i ett sorptivt kylaggregat ökar alltså värdet på fastigheten då driftnettot ökar.
Munters är ensamma om att sälja ett komplett sorptivt kylaggregat med tillhörande
styrutrustning på den svenska marknaden. Detta skulle kunna innebära att priset för aggregatet
är aningen högt då det inte finns någon direkt konkurrens. Med fler leverantörer av sorptiva
kylaggregat skulle priset kunna pressas och därmed skulle tekniken kunna bli ännu mer
fördelaktig rent ekonomiskt.
Munters aggregat har en temperaturverkningsgrad på nästan 90 % vintertid vilket innebär att
det finns energi och pengar att spara då det finns ett värmebehov i tilluften. Stapelbädden 4
har inget värmebehov i tilluften vintertid och därför sparar det sorptiva aggregatet ingen
energi. Skulle fallet däremot vara så, sänks energiförbrukningen till hälften då
värmeåtervinningen ökar från 80 % till 90 %. Exemplet nedan i diagram 6:1 visar hur mycket
energi som sparas då energiförbrukningen utan värmeåtervinning är 1 000 000 kWh/år.
Energiförbrukning ventilation
1200000
1000000
kWh/år
800000
600000
400000
200000
0
0%
70%
80%
90%
Återvinning
Diagram 6:1 Energiförbrukning ventilation
55
Något som även går att läsa ut ur diagram 6:1 är att energiförbrukningen vid en
värmeåtervinning på 70 % jämfört med en värmeåtervinning på 80 % bara sparar 1/3. Det
handlar i detta fall om samma summa pengar som sparas då värmeåtervinningen ökar från 70
% till 80 % samt då värmeåtervinningen ökar från 80 % till 90 %. Det kan därför se väldigt
bra ut när energiförbrukningen sänks till hälften genom att öka värmeåtervinningen från 80 %
till 90 %. Sänkningen av energiförbrukningen är dock densamma i båda fallen. Skulle ett
värmebehov i tilluften finnas vintertid, skulle sorptiv kyla vara ännu mer fördelaktigt än de
andra alternativen.
56
7. Slutsats
I slutsatsen besvaras frågeställningarna som tas upp i inledningen.
Sorptiv kyla är ett fördelaktigt ekonomiskt alternativ jämfört med fjärrkyla och kylmaskin och
är en lönsam investering. Tekniken kan uppnå de krav som ställs på energieffektivitet och är
dessutom ett miljövänligt alternativ utan farliga arbetsmedier. Koldioxidutsläppen för sorptiv
kyla är större då fjärrvärme ger ett högre utsläpp av koldioxid än fjärrkyla och el. De årliga
kostnaderna minskar med sorptiv kyla och värdet på fastigheten ökar. Ett sorptivt
ventilationsaggregat bidrar till lägre energiförbrukning både sommar och vinter.
Livscykelkostnadsanalysen som genomförts visar på att det är ett konkurrenskraftigt alternativ
fastän investeringskostnaden är högre än de andra alternativen.
57
Källförteckning
Tryckta källor
Abel Enno, Elmroth Arne, Byggnaden som system, Stockholm, Forskningsrådet Formas, 2006
Alvesson Mats, Sköldberg Kaj, Tolkning och reflektion vetenskapsfilosofi och kvalitativ
metod, Lund, Studentlitteratur, 2008
Andersson Göran, Kalkyler som beslutsunderlag, Lund, Studentlitteratur, 2008
Berggren Tomas, Eventuell risk för spridning av Legionella , utgåva 1, tfn 08 626 6300, 200506-15
Bergström Lars, Johansson Erik, Nilsson Roy, Alphonce Rune, Gunnvald Per, Heureka! Fysik
för gymnasieskolan kurs A, Bokförlaget Natur och kultur, Stockholm, 2004
Ejvegård Rolf, Vetenskaplig metod, Lund, Studentlitteratur, 2009
Eriksson Lars Torsten, Wiedersheim-Paul Finn, Att utreda forska och rapportera, Malmö,
Liber, 2006
Halliday S. P. & Beggs C. B., Dessicant Cooling at the University of Lincoln: A Case study,
Indoor and Built Envirolment 2004; 13
Henning Hans-Martin, Solar assisted air conditioning of buildings – an overview, Applied
Thermal Engineering, Volume 27, Issue 10, July 2007,
Lindholm Torbjörn, Evaporativ och sorptiv kyla, Göteborg, Institutionen för
installationsteknik, 1998
Mörtstedt & Hellsten, Data och diagram, Energi- och kemitekniska tabeller, 1996,
Stark Torgil, Energi & Miljö Nr 1 januari 2009,
U.F.O.S och Sveriges kommuner och Landsting, Kalkylhandbok för fastighetsföretag,
Västerås, Edita, 2006
Muntliga källor
Lind Hans, Professor KTH, Föreläsning Malmö Högskola Östra Varvsgatan 11 2009-05-05
Olsson Ralph, säljare på Munters, Seminarium, Malmö Högskola Östra Varvsgatan 11, 200903-23
Stark Torgil, Munters, Telefon och e-mail, 2009-04 – 2009-05
58
Elektroniska källor
Belok
http://www.belok.se/docs/kravspec/energi.pdf
HU
2009-03-25
UH
Boverket
http://www.boverket.se/Global/Webbokhandel/Dokument/2008/BBR_15/BBR_avsnitt9_supp
HU
lement_ energihushallning.pdf
2009-05-04
UH
Energimyndigheten
http://www.energimyndigheten.se/Global/Filer%20RoT%20-%20F%C3
HU
%B6retag/kyla.pdf
HU
2009-04-08
UH
Eon
1. http://eon.se/templates/Eon2TextPage.aspx?id=57135&epslanguage=SV
2009-05-11
2. http://eon.se/templates/Eon2TextPage.aspx?id=47844&epslanguage=SV
2009-05-07
3. http://eon.se/templates/Eon2TextPage.aspx?id=59060&epslanguage=SV
2009-05-07
HU
UH
HU
UH
HU
UH
Fortum
http://www.fortum.com/gallery/pdf/fv/Broschyr/Kalla_fakta_om_fjarrkyla.pdf
HU
2009-05-19
UH
Lindinvent
1. http://www.lindinvent.se/SE/produkter/produktsidor/ttd/PDF/IDCC_intro20.pdf
HU
UH
2009-04-08
2. http://www.lindinvent.se/SE/produkter/produktsidor/ttd/PDF/TTD_PB31.pdf 2009-04-08
HU
UH
LTH
http://www.hvac.lth.se/pdf/varmebeh.pdf
HU
2009-04-03
UH
Malmö Högskola
http://www.mah.se/templates/Page____86199.aspx
HU
UH
2009-05-05
Munters
1. http://www.munters.co.uk/upload/Related%20product%20files/FA6_Swedish.pdf
U
U
2009-03-30
59
Nationalencyklopedin
1. www.ne.se/lang/avdunstning
HU
UH
2009-03-26
U
2. http://www.ne.se/kalkylr%C3%A4nta
HU
2009-05-11
UH
NCC
http://www.ncc.se/sv/Projekt-och-koncept/Green-Building/
HU
2009-04-08
UH
Riksbanken
http://www.riksbank.se/templates/Page.aspx?id=8854
HU
2009-05-11
UH
SMHI
http://www.smhi.se/content/1/c6/02/64/47/attatchments/temp_enterm.pdf
HU
UH
2009-04-15
Solair-project
http://www.solair-project.eu/109.0.html
HU
UH
2009-06-04
VAsyd
http://www.vasyd.se/SiteCollectionDocuments/Broschyrer/VattenHU
%20och%20avloppsbroschyrer/Vatten%20och%20avloppstaxor%20i%20Malm%C3%B6/Brukningsavg_2009_exkl_moms_VASY
D.pdf
UH
2009-05-18
60
Bilaga 1 Omräkningstal
61
Bilaga 2 Mediestatistik
62
Bilaga 3 Injusteringsprotokoll
63
64
65
66
67
68
69
70
Bilaga 4 Energikostnader
71
Bilaga 5 Miljöpåverkan
72