Lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri

1. Lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri Christian Holm Christiansen Teknologisk Institut, Energi og Klima Danmark cnc@teknologisk.dk

2. Dagsorden • Generelt om fjernvarme og lavenergibyggeri i Danmark • Et koncept til Lavenergifjernvarme i lavenergibyggeri • Varme og brugsvandsbehov i lavenergi enfamiliehus • Fjernvarmebeholderunit • Varmeanlæg • Twinrør • Systemanalyser, ledningsnet • Investeringer • Samfundsøkonomi • Demonstration • Ringgården, afdeling i Lystrup • EnergyFlexHouse, Teknologisk Institut i Høje Taastrup

3. Fjernvarme i Danmark • 1,6 millioner boliger (ca. 60%) forsynes med fjernvarme Kilde: Energistyrelsens Energistatistik 2008

4. Fjernvarme i Danmark 30% Kilde: Energistyrelsens Energistatistik 2008

5. Energipolitik i Danmark Fjernvarme og et stramt bygningsreglement er nogle af de væsentlige virkemidler til at nå målet Kilde: Klima- og energiministeriets Energipolitisk redegørelse 2009

6. Bygningsreglementet i Danmark • Krav til bruttoenergiforbrug: • Boliger Erhverv • Bygningsreglementet 2008 • Lavenergiklasse 2 • Lavenergiklasse 1 BR2010 BR2015 A er det opvarmede etageareal (OBS! bruttoareal)

7. Energifaktorer i Danmark • El: 2,5 • Naturgas: 1,0 • Olie: 1,0 • Biomasse (piller, brænde mv.): 1,0 • Fjernvarme: 1,0 • Dog ser det på nuværende tidspunkt ud til at fjernvarme får en energifaktor på 0,8 i det nye bygningsreglement 2010, hvis der bygges lavenergibyggeri klasse 1

8. Udvalgte danske forskningsnetværk og centre med fokus på både fjernvarme og lavenergibyggeri Strategisk Forskningscenter for CO2-neutralt byggeri www.zeb.aau.dk www.teknologisk.dk www.boligplus.org www.lavebyg.dk Lavenergibyggeri og fjernvarme er ikke hinandens modsætninger

9. EFP2007 projekt Titel: “Udvikling og demonstration af lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri” Periode: 2007-2008 Finansiering: Støttet af Energistyrelsen's energi- forskningsprogram (EFP2007) Projektdeltagere: Teknologisk Institut (Projektansvarlig) DTU Byg (Danmarks Tekniske Universitet) COWI A/S LOGSTOR A/S DANFOSS District Heating Energitjenesten

10. Lavtemperaturfjernvarme, et designkoncept til lavenergibyggeri • Lavenergibyggeri (lavt forbrug) • En mindre enklave/område af bygninger (ensartede driftsforhold) • Fjernvarmebeholderunit (udjævnet flow) • Varmeanlæg udlagt for lav temperatur (gulvvarme og/eller radiator) • Lave fjernvarmetemperaturer (lavere varmetab) • Mindre ledninger (lavere varmetab og mindre investeringer) • Brug af twinrør i alle ledningsstørrelser (lavere varmetab og mindre investeringer)

11. Valgt referencehus • 145 m2 • Lavenergibyggeri, klasse 1 (42,6 kWh/m2)

12. Rumvarmeforbrug i reference hus 20,1 kWh/m²/år * 30,7 kWh/m² ** 20°C i alle rum: 24°C i de 2 badeværelser og 22°C i de øvrige rum: -> 50% højere varmeforbrug • BeregnetiBsim (program tiltermiskbygningssimulering): • * Standard indetemperatursombrugesved dokumentation (BE06 beregning) • iforholdtilBygningsreglementet) ** Mere almindelige/realistiskeindetemperatur

13. Fjernvarme-beholderunit

14. Fjernvarmebeholder - ladeflow

15. Fjernvarmebeholder – Reguleringsventil til varmt brugsvand

16. Fjernvarmebeholder – Prototype Konfiguration: LGS LGM (gulvvarme) Beholderstørrelse: 120 liter 175 liter God isolering

17. Stikledning - prototype • Dimensionerne (fremløb/retur/kappe), mm: 14/14/110 • Medirørmateriale: alupex • Medierørs godstykkelse, mm: 2 • Medirør placeret symmetrisk omkring twinrørets centrum • Maksimal varmeledningsevne for PUR-skum, W/(mK): 0,023 • Diffusionsbarriere ved kappe

18. Stikledning - Lambdaværdi

19. Systemanalyser – simulering af fjernvarmenet • 92 huse og 1 vekslerstation/ værk • 145 m² lavenergihus kl. 1 • Maks. rumvarmeeffektbehov = 3,7 kW/hus • Varmebehov = 6750 kWh/år/hus (inklusive brugsvand) • Varmetæthed = 193 kWh/år/meter fjernvarmeledning • Ikke optimeret mht. reduktion af total rørlængde og placering af vekslerstation / værk

20. Systemanalyser – 4 scenarier • Ny type unit: • Fjernvarmebeholder 120 eller 175 liter (Danfoss)

21. Systemanalyser – designantagelser • 10 bar system (maks. tryk) • Holdetryk: 2 bar • Maks. hastighed: 2 m/s • Bypass i units lukket, kun omløb for enden af hver vej

22. Systemanalyse - resultater • Trykprofil v. 2,29 kW pr. bolig (ca. 8500 timer under denne effekt)

23. Systemanalyse - resultater • Eksempel på fremløbstemperaturer og varmetab

24. Systemanalyse – resultater

25. Investeringer • Totale investeringsomkostninger

26. Samfundsøkonomi Formål • At sammenligne lavtemperaturfjernvarme med alternative opvarmningssystemer Undersøgte scenarier • Lavtemperaturfjernvarme (fjernvarmebeholderunit) • Varmepumpe, jordvarme • Varmepumpe, luft-til-vand vs. vs.

27. Samfundsøkonomi – antagelser for lavtemperaturfjernvarme • Fjernvarmebeholderunit valgt til beregning (fordi det er den nye løsning) • Investeringsomkostninger pr. hus: 84.240 DKK (se foregående) • Levetid på fjernvarmerør: 40 år • Levetid på hovedpumper i fjernvarmesystemet: 20 år • Levetid på fjernvarmeunit og stikinstallationer: 30 år med reinvestering efter 15 år på 10.000 DKK • Drift og vedligeholdelse af fjernvarmenet: Inkluderet i fjernvarmeprisen • Anlægsomkostninger for fjernvarmebygværk er inkluderet i fjernvarmeprisen • Scrapværdi på komponenter (inklusive reinvesteringer) med længere levetid end beregningsperioden

28. Samfundsøkonomi – antagelser for varmepumper

29. Samfundsøkonomi - omkostninger pr. 30 år Lavtemperaturfjernvarme er fuldt konkurrencedygtig med varmepumpeteknologien!

30. Demonstration af konceptet Titel: C02-reductions in low energy buildings and communities by implementation of low temperature district heating systems Periode: 2009-2010 Finansiering: Støttet af Energistyrelsen's energiteknologisk forsknings og udviklingsprogram (2008) Projektdeltagere: Energitjenesten, Midt- og Østjylland (Projektansvarlig) DTU Byg (Danmarks Tekniske Universitet) COWI A/S LOGSTOR A/S DANFOSS District Heating Teknologisk Institut AffaldVarme Århus, Århus Kommune Kamstrup A/S Ribe Jernindustri Lystrup Fjernvarme Lystrup Fjernvarme A.m.b.A. Boligforeningen Ringgården Høje Taastrup Fjernvarme Høje Taastrup Fjernvarme A.m.b.A.

31. Demonstration - Boligforeningen Ringgården - Lystrup Plan over Ringgården afd. 34 40 rækkehuse + fælleshus lavenergi kl. 1. 11 FVB-units og 30 GVV-units

32. Demonstration - EnergyFlexHouseTeknologisk Institut – Høje Taastrup Fjernvarmenet til EnergyFlexHouse – 2 nye lavenergiforsøgshuse EnergyFlexFamily EnergyFlexLab

33. Hovedkonklusioner for EFP-projektet • Lavenergifjervarme konkurrencedygtig med varmepumper ud fra en samfundsøkonomisk betragtning. • Meget lavt varmetab i ledningsnet, teoretisk helt ned til 12-16% på trods af det lave varmeforbrug i lavenergibyggeriet. • Lille forskel mellem de forskellige fjernvarmeunittyper. • Optimering af nettet (rørlængde og varmetæthed) kan medføre endnu bedre økonomi for lavenergifjernvarme. • Med en tilstrækkelig fremløbstemperatur på 50 °C hos forbrugerne er det muligt at anvende nye typer varmeressourcer. • Varmetæthed er afgørende, men grænsen er flyttet. • Der er ikke regnet på selskabsøkonomi, men økonomien vil være væsentlig forskellig fra værk til værk

34. Tak for opmærksomheden Rapporten "Udvikling og demonstration af lavenergifjernvarme til lavenergibyggeri" kan findes på Teknologisk Instituts hjemmeside: http://www.teknologisk.dk/25949