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

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

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

Fjernvarme i Danmark 30% Kilde: Energistyrelsens Energistatistik 2008

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

Bygningsreglementet i Danmark Krav til bruttoenergiforbrug: Boliger Erhverv Bygningsreglementet 2008 Lavenergiklasse 2 Lavenergiklasse 1 BR2010 BR2015 A er det opvarmede etageareal (OBS! bruttoareal) Husk at der ikke er tillæg til lavenergibyggeri

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

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

COWI PowerPoint design manual 28 okt 2009 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

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)

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

Rumvarmeforbrug i reference hus 20°C i alle rum: 24°C i de 2 badeværelser og 22°C i de øvrige rum: -> 50% højere varmeforbrug 20,1 kWh/m²/år * 30,7 kWh/m² ** Gennemsnitsvarmebehov kWh/år Varmt brugsvand 2.300 Rumopvarmning 4.450 Totalt 6.750 Beregnet i Bsim (program til termisk bygningssimulering): * Standard indetemperatur som bruges ved dokumentation (BE06 beregning) i forhold til Bygningsreglementet) ** Mere almindelige/realistiske indetemperatur

Fjernvarme- beholderunit

Fjernvarmebeholder - ladeflow

Fjernvarmebeholder – Reguleringsventil til varmt brugsvand

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

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

Stikledning - Lambdaværdi

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

Systemanalyser – 4 scenarier Ny type unit: Fjernvarmebeholder 120 eller 175 liter (Danfoss) Systemanalyser – 4 scenarier Scenarier Brugerunit type Design effekt Design temperaturer Tfrem Tretur (reference) Varmtvandsbeholder 8 kW 80°C 40°C 1 Fjernvarmebeholder (ny type) 3.7 kW 50°C 22°C 2 Gennemstrømnings-veksler (ingen varmelagring) 32 kW 3 60°C 30°C

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

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

Systemanalyse - resultater Eksempel på fremløbstemperaturer og varmetab

Systemanalyse – resultater Energi i ledningsnettet Scenarie 0 Reference* Scenarie 1 Fjernvarme-beholder unit Scenarie 2 Gennem-strømnings-veksler unit Scenarie 3 Varmtvands-beholder Elforbrug, pumper, totalt ledningsnet MWhel/år 1,1 6,0 3,7 4,8 Leveret varme til ledningsnet MWh/år 966,0 706,5 730,7 743,5 Varmeforbrug, 92 huse (á 6750 kWh/år) 621,0 Varmetab, totalt ledningsnet 345,0 85,5 109,7 122,5 % 36 12 15 16

Investeringer Totale investeringsomkostninger

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

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

Samfundsøkonomi – antagelser for varmepumper Anlægsomkostninger pr. hus (DKK ekskl. moms) VP jord VP luft Varmepumpeunit 43.000 31.000 Beholder del - 22.000 250 m jordslanger 6.250 Nedgravning af slanger (entreprenør) 13.750 Opstart og indregulering (leverandør) 7.500 Installation af unit (VVS) 20.000 Diverse omkostninger (5%) 4.525 3.650 I alt ekskl. moms 95.025 76.650 Årsvirkningsgrad (COP) 3,1 2,5 Levetid på varmepumpeunit (inklusive installationer) 30 år med reinvestering hvert 10. år på 20.000 DKK.

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

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.

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

Demonstration - EnergyFlexHouse Teknologisk Institut – Høje Taastrup Fjernvarmenet til EnergyFlexHouse – 2 nye lavenergiforsøgshuse EnergyFlexFamily EnergyFlexLab

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

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