Bachelor Projekt · Web viewHvordan og i hvilket omfang kan overskudsvarmen fra frekvensomformerne...
-
Upload
trinhxuyen -
Category
Documents
-
view
218 -
download
0
Transcript of Bachelor Projekt · Web viewHvordan og i hvilket omfang kan overskudsvarmen fra frekvensomformerne...
Bachelor ProjektIntern udnyttelse af overskudsvarme
Mike Jensen & Simon Gormsen
Titelblad
Titel: Bachelor Projekt
Undertitel: Intern udnyttelse af overskudsvarme
Problemformulering:
Hvordan og i hvilket omfang kan overskudsvarmen fra frekvensomformerne udnyttes til
rumopvarmning af lokalerne på gastransmissionen i Egtved – og kan implementering af en
varmepumpe forrentes hurtigere end afdelingsleder Per Stangholms grænse på 10 år?
Forfattere:
Simon Gormsen Mike Jensen
E20131010 G20132010
Antal Anslag: 70.274
Dato for aflevering: 9/12-2016
Institutionens navn: FMS – Fredericia Maskinmester Skole
Fag: Bachelor opgave
2
3
Abstract
This project addresses whether it is possible and financial attractive to exploit waste heat
from liquid cooling inverters to supplement of room heating at Energinet.dk Egtved.
Before the cooling water from the inverters can be used for heating, the temperature must be
raised by a heating pump. It will be examined how far down the inlet temperature can go, how
much gas can be saved at the current boilers, the cost of a complete installation and the length
of repayment period.
By examination the compressors future, we discovered that the platforms on the Tyra field
either have to review a 3 year renovation or a permanent shutdown.
When the Tyra platforms are shut down there is a guaranteed running of 1 compressor and by
that waste heat available. If the platforms are operating, the future running of the
compressors will be reduced and it will not be attractive to invest in a heat pump solution.
Calculations show that the heat pump solution has a repayment period of between 46 and 54
months, when the uncertainty calculations are taken into consideration. The repayment
period is therefore longer than the 3 year period the Tyra platforms for certain are out of
function. That makes it difficult to give a precise recommendation about whether the heat
pump solution should be installed or not.
4
5
Indholdsfortegnelse
1. Indledning.............................................................................................................................5
2. Metode – og teoriafsnit.......................................................................................................102.1 Teori.....................................................................................................................................................................................13
3. Analyse og resultater..........................................................................................................163.1 Fremtidig drift af kompressorerne........................................................................................................................16
3.1.1. Lukning af Tyra........................................................................................................................................................ 173.1.2. Gas flow fra Ellund på månedsbasis................................................................................................................ 18
3.2 Varmepotentiale fra VSD............................................................................................................................................203.3 Dimensionerende varmetab......................................................................................................................................213.4 Historik af gasforbrug til opvarmning..................................................................................................................243.5 Varmepumpens effekt bestemmes.........................................................................................................................263.6 Betydning for varmepumpens COP........................................................................................................................273.7 Opbygning af varmeanlæg.........................................................................................................................................30
3.7.1 Sænkning af fremløbstemperatur.......................................................................................................................... 333.7.2 Sænkning af fremløb i varmedistribution........................................................................................................... 343.7.3 Sænkning af fremløb i SB1......................................................................................................................................... 35
3.8 Tilslutning......................................................................................................................................................................... 373.8.1 Nuværende VSD tilslutning til VSD-køler............................................................................................................ 383.8.2 Varmepumpens tilslutning til varmeanlæg.......................................................................................................393.8.3 Varmepumpens tilslutning til varmeanlæg.......................................................................................................41
4. Tilbud på installation...........................................................................................................424.1 Gennemgang af tilbud på varmepumpe og varmevekslere - Weishaupt...............................................42
4.1.1 Implementering af VP i kedelrum.......................................................................................................................... 444.1.2 Varmeveksler................................................................................................................................................................... 45
4.2 Dimensionering af rørføring imellem VSD’er....................................................................................................464.3 Isolation af rørføring.................................................................................................................................................... 484.4 Tilbud på rør.................................................................................................................................................................... 494.5 Tilbud på ventiler...........................................................................................................................................................494.6 Tilbud på montage.........................................................................................................................................................49
5. Økonomi.............................................................................................................................505.1 Anvendelse af graddage..............................................................................................................................................515.2 Tilbagebetalingstid........................................................................................................................................................52
5.2.1 Afgift på udnyttelse af overskudsvarme.............................................................................................................. 525.2.2 Energitilskud................................................................................................................................................................... 54
5.3 Beregning af tilbagebetalingstid..............................................................................................................................55
6. Diskussion...........................................................................................................................58
7. Konklusion..........................................................................................................................59
8. Kilder..................................................................................................................................60
6
1. IndledningUnder praktikopholdet ved gastransmissionen i Egtved, blev vi præsenteret for et projekt hvis
formål var at udnytte intern overskudsvarme fra væskekølede frekvensomformere, som
supplement til rumopvarmning af afdelingens bygninger. Bygningerne opvarmes i dag
udelukkende vha. 2 stk. (pga. redundans) 450 kW kondenserende gaskedler der levere en
fremløbstemperatur på op til 80 grader.
For indledningsvis at få en forståelse for opbygningen af gastransmissionen- og de i rapporten
videre brugte betegnelser, vises nedenfor på figur 1 en oversigtstegning.
Figur 1 - Gastransmission Egtved
Som det fremgår på figur 1 består gastransmissionen af henholdsvis base og drift bygninger.
Basen består hovedsagelig af kontor og lager faciliteter. Drift bygningerne består af
servicebygningerne 1 og 2 (SB) og de 4 gaskompressorer. Gaskompressorerne har til formål
at opretholde et gastryk på 70-80 bar i det danske gas transmissionsnet. Kompressorerne
yder hver en max. effekt på 5,4 MW og leverer et flow på 350.000 m3 gas/timen.
Kompressorerne kan omdrejningsreguleres vha. frekvensomformere (VSD), som alle er
placeret i SB1. VSD’erne afgiver deres varme til et kølerarrangement på taget af SB1 (VSD
køler 4 er markeret på figur 1), hvilket resulterer i at varmen VSD’erne i dag ledes direkte til
7
det fri og det er netop denne overskudsvarme der ønskes udnyttet, således at gasforbruget til
opvarmning kan reduceres.
Figur 2 – Temperatur på kølevand fra VSD - Kilde: Bilag 2
Som det fremgår på figur 2 ovenfor, afgiver VSD’erne kølevandet med en temperatur på 31,2
° C ved fuld kompressorbelastning. For at varmen fra frekvensomformerne kan udnyttes til
rumopvarmning er det derfor nødvendig at hæve temperaturen vha. en varmepumpe. Da de
nuværende installerede kondenserende gaskedler har en alder på 4 år og en god
virkningsgrad på 95,5% (fremgår på figur 9) ønskes det ikke at varmepumpen skal erstatte
gaskedlerne, derimod ønskes at varmepumpen skal tage grundlasten således at gasfyret kun
skal supplere når varmepumpen ikke kan levere tilstrækkelig effekt.
Da gastransmissionen er er del af Energinet.dk, haves ikke de samme holdninger til
tilbagebetalingstider på energioptimerings investeringer, der har en positiv indflydelse på
miljøet, som i andre virksomheder. Det skyldes at der i Energinet.dk er en holdning til at en
grønnere profil godt må koste penge, da det giver en god signalværdi til omverdenen. Derfor
er det økonomiske kriterium for investering en tilbagebetalingstid der er kortere end 10 år –
jf. afdelingsleder Per Stangholm. Problemstillingen fører til følgende problemformulering:
Hvordan og i hvilket omfang kan overskudsvarmen fra frekvensomformerne udnyttes til
rumopvarmning af lokalerne på gastransmissionen i Egtved – og kan implementering af
en varmepumpe forrentes hurtigere end afdelingsleder Per Stangholms grænse på 10 år?
For at opnå en god COP (Coefficient of performance) med en varmepumpe, gælder det om at
holde fremløbstemperaturen på et lavest muligt niveau, da varmepumpen på den måde skal
arbejde mindre, hvilket kan illustreres på et log p, h diagram, som fremgår i bilag 3. Men
eftersom varmeanlægget er dimensioneret efter at fremløbet fra gaskedlen er på 80 ° C i de
8
kolde perioder, må det forventes at en reduceret fremløbstemperatur vil give udslag i at inde
temperaturen ikke kan holdes på det ønskede niveau i vinterperioden.
Gevinsten ved at installere varmepumpen på gastransmissionen er hovedsageligt at det
nuværende gasforbrug reduceres hvilket bla. indebære at der udledes mindre CO2 og at
opvarmningen får en mere grøn karakter. Eftersom kølevandet har en temperatur på over 30
° C, hvilket er væsentlig højere end jordvarmepumpers tilgangstemperatur på brinen, er
forholdene gunstige for at varmepumpen opnår en høj COP - hvilket er medvirkende til en
kortere tilbagebetalingstid. Ligeledes gælder det om ikke at vælge varmepumpen for stor,
selvom det ønskes at den skal kunne forsyne størstedelen varmebehovet i vinterperioden. Det
skyldes at investeringen på den større varmepumpen som regel ikke står mål imod den
besparelse der kan hentes i reduceret supplerende forbrug af olie, gas eller lignende
brændsel. For at øge investeringspotentialet på varmepumpen gælder det derfor om at opnå
mange drift timer.
Som følge af overstående er hypoteserne:
Vi forventer det vil være nødvendigt at anvende de nuværende gaskedler til at hæve
varmepumpens fremløbstemperaturer i de kolde perioder, da varmeanlægget ikke er
dimensioneret til at kunne afgive den dimensionerede effekt ved en reduceret
fremløbstemperatur som varmepumper typisk levere.
Vi forventer at en varmepumpeinstallation vil have en tilbagebetalingstid på mindre
end 10 år, som er det økonomiske kriterium for investering.
For at kunne besvare problemformuleringen og eftervise hypoteserne skal der laves en række
undersøgelser. De anvendte metoder beror på indhentning af data fra intern personel i
Energinet.dk, behandling af gasforbrugsdata til kedlerne, anvendelse af datablade for
VSD’erne og gennemgang af dimensioneringsgrundlaget for varmesystemet. Metoderne
udspecificeres i det følgende metode afsnit.
Den videre struktur i rapporten består primært af 3 hovedoverskrifter, som henholdsvis er et
analyse og resultat afsnit, et tilbud på installation afsnit og et økonomi afsnit.
”Analyse og resultat” afsnittet starter ud med at få bestemt den fremtidige kompressordrift da
det er nødvendigt at vide hvor meget varme fra VSD’er der kan regnes med at være
9
tilgængeligt. Efterfølgende analyseres gashistorikken for de foregående 3 år, for at få et
indtryk af hvor meget energi der årligt anvendes til opvarmning af bygningerne. Herefter
bestemmes størrelsen på varmepumpen, efter en i metodeafsnittet beskrevet metode.
Efterfølgende analyseres det nuværende varmesystem, for at få klarlagt hvor langt ned
fremløbstemperaturen kan sænkes og varmepumpen stadig kan afgive sin varmeeffekt.
Herefter klarlægges hvordan VSD’erne skal forbindes til varmepumpen, samt hvordan
varmepumpen skal opkobles til varmeanlægget og arbejde sammen med gaskedlerne. At
samarbejdet mellem varmepumpe og gaskedler er lavet rigtigt, er vigtigt for at sikre at det er
varmepumpen der kontinuerligt tager grundlasten og gaskedlerne derfor kun supplere når
varmepumpens afgivne effekt ikke længere er tilstrækkelig.
I ”Tilbud på installation” afsnittet skal der indhentes tilbud der dækker komplet installation
og montage af hele anlægget. Anlægsomkostningerne skal senere bruges til at kunne beregne
tilbagebetalingstider. For at have tilstrækkelig materiale til at kunne foretage de økonomiske
beregninger, skal det ligeledes bestemmes hvordan den fremtidige fordeling af
energiforbruget til opvarmning er imellem elforbrug til varmepumpen og gas forbrug til
gaskedlerne.
I rapportens økonomiafsnit, klarlægges de gældende afgiftsregler indenfor intern udnyttelse
af overskudsvarme. Derudover vil der foreligge en beskrivelse af energitilskud der kan søges,
når der laves energibesparende initiativer som installation af en varmepumpe er omfattet af.
Afslutningsvis rundes økonomiafsnittet af med beregninger af tilbagebetalingstider, hvori der
laves usikkerhedsberegninger der tager højde for at det beregnede gasforbrug kan være både
større og mindre end det beregnede. Usikkerhedsberegningerne laves for at tage højde for de
antagelser der i løbet af rapporten er lavet. Det medfører at økonomi afsnittet vil ender ud
med 3 tilbagebetalingstider; en beregnet, en optimistisk og en pessimistisk.
10
For at kunne indsamle den nødvendige data der ligger til grund for rapportens beregninger og
konklusion vil vi gerne sige tak til:
Vores vejledere ved Energinet.dk:
-Per Stangholm Jakobsen - Afdelingsleder
-Michael de Oliveira Vorbeck - Driftsspecialist
-Dennis Østergaard Hansen - Driftskoordinator
Andre personer fra Energinet.dk:
-Helle Øgaard - Systemdrift Gas
-Jesper Palmus Hansen - M-tekniker
-Jørn Gade Jørgensen - Gruppeleder Gastransmission
-Hans-Jørgen Møller - Depatcher
-Linda Jakobsen - Bogholderi og Afregning El
-Henrik Ussing - Business Support
Andre:
-Stig Libori - FMS
-Mikkel Elkjær - Salgskonsulent Damstahl
-Anette Erdmann Kristiansen - Intern sælger Dansk ventilcenter
-Thomas Hansen – Intern salgs ingeniør, Weishaupt Fredericia
-Christian Miltenburg Caspersen - Channel Manager, Channel Management & QA
Customers & Markets fra Dong energy
11
2. Metode – og teoriafsnitIndledningsvis skal det undersøges hvordan den fremtidige drift på kompressorerne bliver.
Det undersøges ved at kontakte Helle Øgaard der er senioringeniør i Energinet.dk. Hendes
arbejdsopgaver opgaver består i at analysere på fremtidige drift scenarier der har betydning
for Danmarks gasforsyning. Det er væsentlig at vide hvor meget kompressorerne kommer til
at køre, da det jo er VSD’erne der skal levere varmen til varmepumpen.
Herefter skal der undersøges hvor stor en varmeeffekt en VSD afgiver - og ved hvilken
temperatur varmeeffekten er til rådighed. Disse oplysninger findes i FAT testen fra VSD’erne.
Det er nødvendigt at kende den afgivende temperatur på kølevandet, da den har indflydelse
på varmepumpens COP faktor. Den afgivne varmeeffekt er væsentlig i forhold til at kunne
definere de øvre grænser for varmepumpens størrelse- her menes at hvis det viser sig, at der i
fremtiden kontinuerligt skal køre 2 kompressorer ved fuld last, vil den øvre grænse for
tilgængelig varmeeffekt være givet ved den varmeeffekt der overføres til kølevandet fra 2
VSD’er.
Varmepumpen skal have en størrelse der gør at den er i stand til at tage grundlasten, men skal
omvendt ikke være så stor at investeringsomkostningerne gør at tilbagebetalingstiden bliver
unødig lang. For at få bestemt den rette størrelse, anvendes et diagram (se figur 3) som
varmepumpe virksomheden Weishaupt også dimensionere hybridløsninger efter:
12
Figur 3
På figur 3 fremgår en graf (A) der beskriver et sammenhæng imellem varmepumpens
procentvise størrelse i forhold til bygningernes varmetab og den derved følgende
dækningsgrad som varmpumpen ca. vil opnå i %. Som det fremgår på kurve A, aftager kurven
ved en dækningsgrad af varmebehovet på ca. 70%, hvilket er et udtryk for at varmepumpen i
forhold til dens størrelse, vil have den højeste dækningsgrad på varmebehovet - derfor
dimensioneres efter at ramme en dækningsgrad på 70%.
For at få et virkeligt billede af varmetabet, har vi fået Weishaupt til at lave en Gaspro rapport,
som vha. de indtastede oplysninger beregner en ”virkelig” varmetabs effekt der kan anvendes
til bestemmelse af varmepumpestørrelsen.
Når varmepumpestørrelsen er fastlagt, skal det beregnes hvor langt ned
fremløbstemperaturen kan sænkes, hvor imens at varmepumpens varmeeffekt stadig kan
afsættes i varmeanlægget. Hertil vil blive anvendt varmetransmissions teori, som bygger på
formlen:
P2P1
=(t f remløb.2−t r etur .2
ln( t f remløb .2−t i nde .2t retur .2−ti nde .2 )t f remløb.1−t r etur .1
ln( t f remløb .1−t i nde .1t retur .1−ti nde .1 ) )n
Formlen uddybes i det efterfølgende teoriafsnit. Det er væsentligt at holde
fremløbstemperaturen på et så lavt niveau som muligt, da den ligeledes har indflydelse på
varmepumpens COP faktor.
For afslutningsvis at kunne beregne tilbagebetalingstiden på varmepumpeløsningen, skal der
indhentes tilbud der samlet set omfatter en komplet installation. På den måde fastsættes den
komplette kostpris, derfor tages kontakt til virksomheder med kompetencer i salg og
installation af varmepumper.
For at kunne foretage de nævnte tilbagebetalingstids beregninger, skal det ligeledes
bestemmes hvor meget af gasforbruget der kan spares (kan omregnes til en besparelse i
kroner), og hvad det koster for varmepumpen at levere den gas besparede varmeenergi. For
13
at få bestemt fordelingen af varmeeffekt der tilføres fra varmepumpe og gaskedel kunne der
beregnes på bygningernes klimaskærme. På den måde ville det være muligt at beregne til
hvilket udetemperatur niveau varmepumpen alene ville kunne varmeforsyne bygningerne.
På den måde kan fordelingen af tilført varmeeffekt fra gaskedlen og varmepumpen
bestemmes ved anvendelse af graddage data. Men da det er et stort arbejde at lave
beregninger på alle bygningernes klimaskærme og der er usikkerheder i form af ukendte
kuldebroer, anvendes en anden metode der ligeledes beror på graddage data.
Den anvendte metode benytter henholdsvis graddøgnsdata og gasforbrugsdata fra 2014.
Vha. kendskab til energiforbruget til opvarmning og antallet af graddage i 2014, kan der
beregnes et lineært forhold imellem den nødvendige tilførte varmeeffekt pr. graddag.
Denne metode er ligeledes anvendt af sælgende og rådgivende varmepumpe virksomheder, til
at få belyst besparelses potentialet.
Ud fra det udregnede forhold kan den nødvendige tilførte varmeeffekt på dagsbasis beregnes
for et normaltår. Effektbehovet omregnes til et energibehov og hvis energibehovet
overskrider det varmepumpen alene kan levere, skal det resterende behov dækkes vha.
gaskedlerne. På den måde kan besparelsen på et normaltår beregnes når kostpriserne for
elektricitet og gas kendes. Det skal nævnes at der ved den anvendte metode ikke er taget
højde for solindfald og vindforhold som derfor er usikkerheder. Det er medårsag til at der
laves usikkerhedsberegninger, hvori der beregnes hvilket udslag et ændret forbrug af gas på
+/- 15% vil have på tilbagebetalingstiden.
14
2.1 Teori
I løbet af rapporten vil der blive anvendt forskellige naturvidenskabelige teorier for at udføre
de i metoden nævnte beregninger. Indledningsvis vil formler fra termodynamikken blive
benyttet til at beregne aktuelle og kommende flow på nuværende cirkulationspumper.
Formlen der tages udgangspunkt i er Q=m∙ c ∙∆ .
Varmeafgivelse i varmeanlæg, med ændrede frem/returløbs temperaturer
Når det skal undersøges hvor stor en varmeeffekt varmeanlægget kan afsætte ved andre
frem/returløbs temperaturer end de nu anvendte, anvendes kendskab til varmetransmission.
Ved installation af radiatorer i en bygning vælges radiatorerne bla. ud fra at de skal kunne
afgive en effekt svarende til bygningens varmetab ved -12° C ved de gældende frem/returløbs
og inde temperaturer. På den måde fås at en given radiator er dimensioneret til at skulle
afgive en bestemt effekt ved et temperatursæt og det kan beskrives ved:
En given effekt Pradiator er gældende ved temperaturerne ( t f remløb− tr etur
ln( t f remløb−ti ndetr etur−t i nde ))n
Eksponenten ”n” er radiatorafhængig, men kan ifølge undervisningsmateriale til varmeanlæg
til ”DTU byg” uden større fejltagelse sættes til 1,31, hvilket antages i de følgende beregninger.
På samme måde som formlen er gældende for en radiatorer, er den også gældende for en
bygning, herved fås i stedet at bygningens varmetab er udtrykt ved det gældende
temperatursæt.
Hvis det ønskes undersøgt hvor meget effekt et varmesystem kan afgive ved ændrede
temperatur, kan det ligningsmæssigt beregnes ved:
1 www. vidensystem.dk/download.asp?fileID=20
15
P2P1
=( t f remløb .2−t r etur .2
ln( t f remløb .2−t i nde .2t r etur .2−ti nde .2 ) )n
( t f remløb .1−t r etur .1
ln( t f remløb .1−t i nde .1t r etur .1−ti nde .1 ) )n→
P2P1
=(t f remløb .2−t r etur .2
ln( t f remløb .2−ti nde .2t r etur .2−t i nde .2 )t f remløb .1−t r etur .1
ln( t f remløb .1−ti nde .1t r etur .1−t i nde .1 ) )n
Her refererer 1 tallet til de nuværende værdier for varmeanlægget og 2 tallet refererer til de
værdier hvor det ønskes undersøgt hvor stor en effekt der kan afsættes.
Graddage
Som beskrevet i metoden anvendes graddage data, til at estimere et anslået energibehov for
opvarmning pr. dag, da der på den måde kan tages højde for de daglige udslag.
Graddage er et udtryk for hvor koldt det har været og er derfor en indikation på hvor meget
energi der skal bruges til rumopvarmning. Definitionen på en graddag er som følgende:
En graddag er et udtryk for en temperaturforskel på 1 grad celsius fra den
indvendige middeltemperatur, som sættes til 17 ° C – og den udvendige
middeltemperatur over et døgn.
For at give et eksempel på overstående, er der ved en udvendig døgnmiddeltemperatur på 5
° C, 12 graddage på det pågældende døgn. Jo flere graddage der er pr. døgn, jo koldere er det,
og jo større vil opvarmningsbehovet dermed være.
Grunden til at den indvendige middeltemperatur sættes til 17 ° C, er at det antages at
varmeafgivelsen fra mennesker, elektronik og lys vil levere den resterende energi der skal til
for at opnå en inde temperatur på 20 °C.
De graddage der anvendes i denne rapport er ELO graddage, som er karakteristiske ved at der
tælles graddage alle årets 365 dag. Et normaltår i ELO systemet svarer til 3112 graddage, og
er baseret på graddage målinger fra 1975 til 1985.
Pumpeteori
Pumpeteori anvendes til at få dimensioneres rørinstallationen der forbinder VSD’erne med
varmpumpen. Her anvendes tryktabstabeller for forskellige rørdimensioner, som bruges til at
beregne det samlede differenstryk over pumpen i den længste sløjfe væsken kan strømme.
16
Kriteriet for valg af rørdimension, er at cirkulationspumpen kan levere det nødvendige flow
ved den beregnede rørmodstand.
17
Investeringsteori
I økonomiafsnittet udregnes investeringens tilbagebetalingstid ved hjælp af annuitets
beregning da der på den måde tages højde for renter. Udover renten er den årlige besparelse
til opvarmning ved at installere varmepumpen essentiel viden. Dette skyldes at jo større
besparelsen er, jo hurtigere vil investeringen + renter + nye udgifter i forbindelse med
implementeringen være afbetalt.
De anvendte metoder og teorier er nu belyst og analysedelen af rapporten begynder.
18
3. Analyse og resultaterI analyse og resultatafsnittet vil de i metodeafsnittet valgte metoder blive benyttet, for at finde
de delresultater der er nødvendige for at kunne besvare problemformuleringen. Først vil det
blive belyst hvilken fremtid kompressorerne driftmæssigt går i møde:
3.1 Fremtidig drift af kompressorerneFor at få belyst hvor meget energi der køles væk fra VSD’erne og dermed hvor meget energi
der er til rådighed til opvarmningsformål, skal det undersøges hvor meget kompressorerne
kommer til at drifte i fremtiden. Som det er i dag, har kompressorerne hver haft imellem 900
og 1100 drift timer på de 4 år de har været i drift. Det giver en gennemsnitlig årlig drift tid på
alle kompressorerne på i alt ca. 1000 timer. Dette svarer til at kompressorernes drift kun
udgør ca. 12% af årets 8760 timer. Den nuværende årlige drift tid taler imod at påbegynde
opbygning af et anlæg der udnytter overskudsvarmen fra frekvensomformerne, derfor skal
det i det følgende undersøges om der er forhold i Danmarks gasforsyning, der taler for at der i
fremtiden vil forekomme øget drift af kompressorerne.
For at få en forståelse for hvad ændringer i gasforsyningen har af indflydelse på
kompressorernes drift, er det nødvendigt at have et grundlæggende kendskab til opbygningen
af det danske gastransmissionsnet, som fremgår på figur 4.
19
Figur 4- Gastransmissionsnet i DK
Som det fremgår på figur 4 er kompressorstationen i Egtved centralt placeret i
transmissionsnettet. Det fremgår ligeledes at der er gasforbindelser til henholdsvis Nordsøen
(Nybro), Tyskland (Ellund) og Sverige. Det er forbindelserne fra Nordsøen (Tyra og Syd Arne)
der forsyner det danske transmissionsnet med dansk naturgas. Naturgassen fra Nordsøen
komprimeres til et tryk på omkring 90 bar på Tyra og 120 bar på Syd Arne. Det betyder at når
transmissionsnettet i Danmark kun forsynes med gas fra Nordsøen vil der ikke være behov
for drift af kompressorerne. Når der derimod importeres gas fra Tyskland, igennem den
sydlige ledning fra Ellund, skal kompressorerne startes da trykket på det tyske
transmissionsnet kun er på 55-60 bar.
1.2.3.
3.113.1.1. Lukning af TyraI medierne har der været meget snak om at Maersk overvejer at lukke gasfelterne Tyra Øst og
Vest, da produktionsudstyret er slidt og afstanden imellem havet og platform mindskes pga.
udvinding af gas fra undergrunden. Konsekvensen bliver at platformen permanent lukkes og
20
pilles ned – eller at der foretaget en omfattende renovering med en varighed på 3 år (2018 -
2021), hvor produktionen ligeledes er stoppet.
Efter korrespondance med Helle Øgaard, der arbejder i ”Systemdrift Gas” i Energinet.dk, er vi
kommet i besiddelse af en rapport der er udarbejdet for at beskrive konsekvenserne for
gasforsyningen i Danmark ved at Tyra lukker ned for vedligehold. Konsekvenserne vil
naturligvis være de samme hvis beslutningen bliver en permanent nedlukning.
På figur 5 ses et udpluk af rapporten der bekræfter nedlukningen pga. vedligeholdsarbejde:
Figur 5 – Udklip fra Bilag 4 (Nedlukning af Tyra fra 2018-2021)
På figur 5 fremgår ligeledes den energimæssige konsekvens af Tyra lukningen, det ses nemlig
at der gennemsnitlig mistes 95.000 MWh dagligt. Denne energimængde er et udtryk for det
gas flow der produceres fra Tyra. Da gasforbruget i Danmark ikke reduceres pga.
nedlukningen, vil importen fra Tyskland øges tilsvarende. Derfor er det interessant at
omregne den i figur 5 nævnte energimængde til et gas flow der skal importeres fra Tyskland,
da det vil give et kontinuerligt behov for kompressordrift (beregninger fremgår på Bilag 5):
356.928 m3
time
Da hver kompressor har en fuldlast kapacitet på 350.000 m3/time, betyder nedlukningen af
Tyra at 1 kompressor gennemsnitligt skal drifte med fuld kapacitet kontinuerligt.
Vi har dog brug for at vide om det angivede flow er aktuelt i vinterhalvåret, da det primært er
her der er behov for overskudvarmen, derfor undersøges i det følgende hvordan det forventes
at gas flowet fra Ellund fordeler sig over årets måneder.
21
3.1.2. Gas flow fra Ellund på månedsbasis I forbindelse med den varslede renovation eller kommende lukning af Tyra, er der i
Energinet.dk lavet prognoser der viser hvordan forbruget af gas fordeler sig over årets
måneder i 2019-2021, hvilket fremgår af nedenstående figur 6.
22
Figur 6 - Estimeret flow fra Ellund Kilde: Supply and demand without Tyra 2018-2021 (Bilag 4)
På figur 6 illustrerer søjlernes højde hvor meget gas der er behov for i det danske
gastransmissionssystem den pågældende måned. De forskellige farver på søjlerne viser
hvordan gassen er brugt. Det interessante for os er den sorte kurve, som er et udtryk for det
gasforbrug der forventes at skulle importeres fra Ellund og dermed angiver behovet for
kompressordrift.
Hvis det udregnes hvor stort et volumen gas, en gaskompressor ved fuld last kan komprimere
på en måned fås 252 mio. m3. Holdes denne værdi op i imod den sorte markering på figur 6,
fremgår at der som minimum vil være behov for at drifte en kompressor kontinuerligt i hele
vinterhalvåret. I sommer månederne vil behovet for gas fra Ellund knap svare til fuldlastdrift.
På basis af overstående gøres derfor ingen fejlagtige antagelser ved at der fremadrettet i
rapporten tages udgangspunkt i at der i vinterperioden vil køre 1 kompressor på fuld last – og
i sommerperioden vil behovet være lidt mindre. For at finde ud af hvor meget spildvarme der
er tilgængelig ved fuldlastdrift af en kompressor, skal kølesystemet til VSD’er i det følgende
analyseres:
23
3.2 Varmepotentiale fra VSD
For at få bestemt om VSD’erne afgiver effekt nok, til at kunne varmeforsyne basen og drift
bygningerne, skal det bestemmes hvor stor en varmeeffekt VSD’erne afgiver til kølevandet.
Fra VSD’ernes datablad fremgår det at der afgives en effekt på 260 kW til kølevandet ved fuld
belastning, se figur 7:
Figur 7 – Udsnit af datablad for VSD
Eftersom VSD’erne har en nominel effekt (Rated output power) på 6,4 MW og
kompressormotoren er på 5,4 MW, vil den effekt der afgives til kølevandet være mindre end
angivne 260 kW. Det antages at forholdet mellem afgivet effekt til kølevandet er proportionalt
med den effekt der leveres til kompressoren. Således fås en afgivet effekt til kølevandet for
hver VSD bestemt ved:
Hver VSD afgiver således 220 kW til kølevandet ved fuld last, som dermed er den varmeeffekt
der er tilgængelig i vinterperioden til varmesystemet. Som det fremgik af indledningen afgives
varmeeffekten ved en temperatur på 31,2° C, jf. FAT test (Factory Acceptance Test), som er en
performance test der foretages på frekvensomformeren imens den stadig er ved producenten.
MWMWkWP kølevandVSD 4,5
4,6260
_
kWP kølevandVSD 220_
24
Nu er det eftervist at der er i vinterhalvåret er 220kW varme til rådighed ved en temperatur
på 31,2 °C. For at finde ud af hvorvidt det rækker, vil det i det følgende undersøges hvor stor
en varmeeffekt bygningerne er dimensioneret til:
3.3 Dimensionerende varmetab
I dette afsnit bliver det belyst hvor stor den dimensionerende varmetabseffekt, som består af
transmissions og ventilationstab, er på henholdsvis basen og drift bygningerne.
Udgangspunktet for de foretagne beregninger er forskellige, eftersom der ikke ønskes samme
temperature i alle rummene.
På basen er beregningerne lavet på basis af at der skal kunne opretholdes en komfort
temperatur på 20 grader, når der udenfor er -12° C, hvilket er normale dimensionerings
betingelser i bygninger hvor der befinder sig mennesker.
I drift bygningerne er der ligeledes gået ud fra at den ønskede inde temperature kan
opretholdes ved en udetemperatur på -12° C. Den ønskede inde temperatur er dog noget
svingende fra rum til rum, da det f.eks. er formålsløst at VSD rummene er opvarmet til 20
grader, når fabrikanten oplyser at de blot skal stå i temperaturer imellem 5° C og 30°C (se
figur 8). I bilag 6 ligger dokumentation for hvilke temperaturer der er dimensioneret efter i
alle rummene på gastransmissionen.
Figur 8 – Temperaturkrav i VSD rum
25
Med udgangspunkt i de forskellige rumtemperaturer, er den dimensionerende
varmetabseffekt til base (Existing buildings), driftbygninger og kompressorer bestemt til:
Figur 9 – Dimensionerende varmetabseffekter
De anviste effekter giver en samlet teoretisk varmeeffekt på 450 kW, som er ca. dobbelt så
stor som den varmeeffekt der er til rådighed fra VSD’erne i vinterhalvåret. Det skal bemærkes
at gaskedlernes effekt stemmer overens med den dimensionerede varmeeffekt.
For at få det rette grundlag til at fastsætte en størrelse på en varmepumpe, har vi af
Weishaupt fået udarbejdet en Gaspro rapport, som ligeledes beregner bygningernes samlede
varmetab ved en udetemperatur på -12° C udfra parametre som; anvendt gas i en periode,
andel til varmt brugsvand, kedlernes indregulerings data og frem/returløbs temperaturer i
varmesystemet.
Ud fra Gaspro rapporten fås at den reelle varmetabseffekt ved fuld last kun udgør en effekt på
267 kW, ifølge figur 10 nedenfor:
26
Figur 10 - Gaspro rapport fra gaskedlerne på gastransmissionen
Den store forskel i de dimensionerede varmeeffekter skyldes ifølge Weishaupt at der i de
teoretiske varmetabsberegninger er mange sikkerhedsfaktorer og at den store forskel er en
generel tendens.
For at få et overblik over hvordan det virkelige varmehov er i løbet af året, analyseres i det
følgende på 3 års gasforbrugs historik til opvarmning.
27
3.4 Historik af gasforbrug til opvarmning
Der er siden etablering af gasfyrene foretaget en afmåling af det anvendte gas til opvarmning
en gang i måneden. Derfor haves komplette gasdata for årene 2013, 2014 og 2015.
På nedenstående figur 11 er gasforbruget for de respektive måneder divideret ud på det
pågældende antal dage i månederne, således vises et gennemsnitligt dagligt gasforbrug for de
anviste måneder:
Figur 11 – Gasforbrug på månedsbasis – Gasforbrugsdata fremgår i vedlagte Excel dokument i arket ”Gasforbrugs data”
Som det fremgår på figur 11 er gasforbruget meget svingende imellem sommer og vinter
perioder, hvilket naturligvis skyldes det øgede opvarmningsbehov i de kolde måneder. For at
kunne bruge overstående data, konverteres gasforbruget til det til varmesystemet tilførte
energi og den derved afgivne effekt. For at lave disse konverteringer skal energiindholdet i
naturgassen og gaskedlens virkningsgrad anvendes:
11,09 kWh/m3(2)
95,5 % virkningsgrad på gaskedler
Beregningerne er lavet sådan, at det viste energiforbrug på figur 12 er en gennemsnitsværdi
for den til varmesystemet tilføjede energi hver dag, den pågældende måned. På figur 13 er
energiforbruget omregnet til det effektbehov der er nødvendig for at kunne afsætte den på
figur 12 viste gennemsnitsværdi:
2 http://www.folkecenter.dk/mediafiles/folkecenter/energibesparelse/Energiindhold-i-braendsler.pdf
28
Figur 12 - Gennemsnitsværdi af energiforbruget til opvamning pr. dag
Figur 13 - Gennemsnitsværdi af den nødvendig tilførte varmeeffekt pr. dag
Det fremgår ud fra figur 12 at der i løbet af den periode der er lavet registrering af forbruget,
højest har været et gennemsnitlig dagligt energiforbrug på cirka 3.600 kWh. Hvis dette
energiforbrug omregnes til en kontinuerlig afsat effekt, svarer det ifølge figur 13, til at en
varmekilde på ca. 150 kW kan afsætte den nødvendige varmeenergi. Figur 13 virker
bekræftende på Gaspro rapportens beregnede varmetabseffekt, da det virker sandsynligt at
den koldeste vintermåned på årets påkrævede gennemsnitseffekt, er cirka halv så stor som
varmetabet ved -12 ° C.
Energiforbruget afspejler som nævnt en gennemsnitsværdi set over en måned, derfor vil der
være dage hvor forbruget er højere end andre, pga. koldere ude temperaturer og ændrede
29
vindforhold. I det følgende vil det blive bestemt hvor stor en effekt varmepumpen skal kunne
afgive:
3.5 Varmepumpens effekt bestemmesSom angivet i metoden ønskes varmepumpens størrelse valgt ud fra at den skal kunne forsyne
ca. 70% af det det årlige energibehov til varmeanlægget. På figur 14 fremgår den anvendte
graf A:
Figur 14 -Skema til at bestemme varmepumpens effekt ud fra ønsket dækning af varmebehov.
Ved anvendelse af varmetabs effekten på 267 kW og ønsket om at varmepumpen skal kunne
levere 70% af den årlige varmeenergi til bygningerne, fås at varmepumpen skal kunne levere
80 kW:
267 kW ⋅30%=80kW
30
Hvis den ovenfor beregnede varmeeffekt på 80 kW indtegnes i diagrammet hvor den
gennemsnitlige afsatte effekt fra varmeanlægget er tegnet, ser det ifølge figur 15, sandsynligt
ud at varmepumpen kan levere ca. 70% af varmeenergi til bygninger.
Figur 15 - Graf for den gennemsnitlieg afsatte effekt, beregnet ud fra gasforbrug.
Da varmepumpe producenterne ikke producere små varmepumper efter ønsker, må der ofte
gås på kompromis ved at vælge en der er lidt større eller mindre end det ønskede. Derfor vil
beregningerne på hvor langt fremløbstemperaturen kan sænkes, gå ud fra at der skal kunne
afsættes 90 kW i varmeanlægget. På den måde er der lidt mere elastik i den senere udvælgelse
af størrelsen når der skal indhentes tilbud fra producenter.
Da en varmepumpes afgivne effekt og derved COP bla. er bestemt af de temperaturforhold
varmepumpen operere i, vil de forhold der har indflydelse derpå, i det følgende blive
gennemgået, så de kan tilgodeses bedst muligt.
31
3.6 Betydning for varmepumpens COP
COP er en betegnelse der bruges for varmepumper og kølemaskiners virkningsgrad og er
derfor, for varmepumpen et udtryk for hvor meget varmeeffekt der afgives i forhold til den
optagne el effekt.
For at få nedbragt tilbagebetalingstiden på varmepumpe investeringen mest muligt, gælder
det som tidligere nævnt om at varmepumpen skal have mange drift timer – men det er
ligeledes væsentlig at varmepumpen er dimensioneret og idriftsættes efter de forhold der er
gældende på gastransmissionen. Derfor belyses i det følgende hvilke forhold der øger
varmepumpens COP, for at disse betingelser på bedst mulig måde kan tilgodeses.
For at kunne vurdere om den opnåede COP for en varmepumpe er fornuftig, kan den
sammenlignes med den teoretisk højeste opnåelige COP, som kan beregnes ud fra de
temperaturniveauer varmepumpen skal implementeres i. På nedenstående figur 16 fremgår
formlen for den teoretiske COP, COPCarnot:
Figur 16 – Kilde: Teknologisk institut
På figur 16 fremgår formlen for COPcarnot, hvor de i formlen indgående indeks refererer til:
TH : Leveringstemperatur = Fremløbstemperatur.
TL: Optage temperatur= Temperaturen på det medie varmepumpen henter varmen fra.
Ud fra formlen fremgår det hurtigt at for at opnå en høj COPcarnot gælder det om at have en høj
temperatur på det medie varmen hentes fra og en lav fremløbstemperatur.
32
På figur 17 fremgår at de bedste systemer har en COP der svarer til 60% af den teoretisk
opnåelige COPcarnot:
Figur 17 - Kilde: Teknologisk institut
På figur 17 fremgår ligeledes at forskellen imellem den virkelige og teoretiske COP er de
mekaniske og termiske tab i varmepumpen. Når der vælges en varmepumpe, har producenten
valgt hvilke komponenter varmepumpen består af. Det betyder at der som kunde ikke haves
indflydelse på valget af kompressor, motor, den valgte systemopbygning eller det anvendte
kølemiddel. Det betyder at varmepumpen kan være designet til at opnå gode COP-værdier i
helt andre temperatursæt end dem der er aktuelle. Hvis den aktuelle COP værdi derfor
vurderes til at være for dårlig, er der ikke andet at gøre end at finde en anden leverandør.
På figur 18 er vist en illustration over temperaturernes betydning for COP værdien:
Figur 18 – Kilde: Teknologisk institut
33
Her fremgår det også tydeligt at COP-værdien øges i takt med at forskellen på varmekilden og
fremløbstemperaturen mindskes.
Det er ved behandling af dette afsnit blevet synliggjort hvor vigtigt det er at
fremløbstemperaturen i varmeanlægget sænkes mest muligt for at der kan opnås en højest
mulig COP. Ligeledes er COPcarnot et godt redskab til at vurdere om en given varmepumpes
opnåede COP er acceptabel, eller om der skal findes en anden producent.
I det følgende vil varmeanlægget på gastransmissionen blive analyseret, for senere at kunne
bestemme hvor langt ned fremløbstemperaturen kan sænkes, for at opnå bedst mulig COP på
varmepumpen.
34
3.7 Opbygning af varmeanlæg
For at kunne beregne hvor meget fremløbstemperaturen kan sænkes, må det først undersøges
hvordan niveauet er nu. De nuværende gaskedler og varme distributionen er placeret i
kedelbygningen i SB1 og fremgår på nedenstående figur 19:
Figur 19 - Gaskedler og varme distribution i kedelrum.
Som det fremgår på figur 19, består varmedistributionen af et fremløbs og retur rør, som
kører parallel med gulvet til højre på billedet. De vertikale rørstrækninger består af tilløb og
returløb til gastransmissionens forskellige afdelinger og navngives i det følgende for
forgreninger. For at få et komplet overblik over temperaturniveauet i de forskellige
35
forgreninger, fremgår på figur 20 en komplet oversigtstegning over hele varmeanlægget med
angivelser af gældende fremløbs og returtemperaturer til alle forgreningerne.
Figur 20 - Oversigsttegning over varmeanlæg
36
Øverst på figur 20 fremgår gaskedlerne der forsyner det opvarmede vand til en 1000 liters
akkumuleringstank med en fremløbstemperatur på 80° C og en retur temperatur på 60° C. På
akkumuleringstanken fremgår det at der er 2 tilslutningsstudse der er beregnet til udnyttelse
af spildvarme, dvs. at varmeanlægget er forberedt til at få implementeret en varmepumpe.
Akkumuleringstanken forsyner efterfølgende varmedistributionen med 80° C
varmt vand. Fra varmedistributionen forgrenes vandet videre til SB1, SB2 og kompressorerne
med et temperatursæt på 65° C /45° C vha. en blandesløjfe – og basen forsynes med et
temperatursæt på 80° C /60° C.
Forgreningen der forsyner basen leverer det opvarmede vand til en varmeveksler på basen,
som opvarmer det kolde returvand i basens lukkede vandsystem. I varmeveksleren er et
temperaturfald på fremløbet fra primær til sekundærsiden på 5 kelvin, hvilket fremgår af
nedenstående figur 21:
Figur 21 - Varmeveksler på basen
Ligeledes er forgreningen til kompressorbygningerne tilsluttet en veksler hvori
temperaturfaldet er på tilsvarende 5 kelvin. Det betyder at vandtemperaturen der er
gældende på basen og i kompressorbygningerne er 5 kelvin lavere end deres
afgangstemperatur fra varmedistributionen.
Nu haves en forståelse for opbygningen af varmesystemet og fra figur 9 vides hvor stor en
varmeeffekt varmeanlægget er dimensioneret til at kunne levere til de forskellige
forgreninger. Derfor er det nu muligt at foretage beregninger på hvor langt ned
fremløbstemperaturen kan sænkes.
37
3.7.1 Sænkning af fremløbstemperatur I det følgende skal der undersøges hvor langt ned fremløbstemperaturen kan sænkes for at
varmepumpen opnår bedst mulig COP. Indledningsvis laves en beregning der viser hvor
meget af varmepumpens afgivne varmeeffekt der skal bruges ved hver forgrening. Denne
beregning er baseret på at varmepumpen skal levere den samme procentvise fordeling af
dens afgivne varmeeffekt til forgreningerne som gaskedlen gør. På figur 22 nedenfor fremgår
at når varmepumpen yder 90 kW, skal 44,6 kW af dens effekt afgives til basen:
Figur 22
Som det fremgår, tages der i disse beregninger udgangspunkt i den teoretisk beregnede
varmetabseffekt på 450 kW. Det skyldes at det er denne effekt varmeanlægget og dermed
også cirkulationspumperne er dimensioneret efter at skulle kunne levere ved de på figur 20
anviste temperaturer. En del af formålet med de følgende beregninger er nemlig at få
beregnet om de nuværende cirkulationspumper kan cirkulere den mængde vand der er
nødvendig for at den beregnede ”Varmepumpe andel” i figur 22 kan afsættes i forgreningen.
Der vil blive lavet beregninger på om følgende frem/returløbstemperaturer kan afgive
tilstrækkelig effekt i alle forgreningerne:
Mulighed 1: 40°/34°
Mulighed 2: 45°/39°
Mulighed 3: 50°/44°
Mulighed 4: 55°/49°
38
Grunden til at temperaturdifferensen imellem fremløb og returløb er 6 kelvin, er at de
varmepumper vi har haft i betragtning, opgiver deres COP ved en differens på 5-7 kelvin.
I det følgende skal det undersøges hvor langt ned fremløbstemperaturen kan sænkes. Der skal
for samtlige forgreninger dokumenteret at den varmeeffekt der leveres til hver forgrening fra
varmepumpen (”Varmepumpe andel” på figur 22), kan leveres uden at flowet overstiger det
pumperne er dimensioneret til.
3.7.2 Sænkning af fremløb i varmedistributionFørst skal det beregnes om cirkulationspumperne der cirkulere vandet fra
akkumuleringstanken til varmedistributionen kan levere det flow der er nødvendigt for at
varmepumpens effekt kan overføres ved de reducerede temperaturer.
Figur 23
I 2. kolonne på figur 23 (100% bel.) fremgår temperaturerne som de er nu. Disse oplysninger
bruges til at beregne hvor stort et flow cirkulationspumpen skal levere når der skal overføres
450 kW ved den angivne differens temperatur.
I kolonne 3-6 i nederste række, fremgår det nødvendige flow for at varmepumpens effekt på
90 kW overføres til varmesystemet. Som det fremgår er disse flows lavere.
Distributionspumperne kan derfor uden problemer overføre 90 kW ved de reducerede
temperaturforhold.
39
3.7.3 Sænkning af fremløb i SB1Som omtalt tidligere er det service bygning 1 der indeholder transformere, VSD’er, kedelrum
osv. Ifølge dimensioneringsbetingelser i bilag 6, svinger rumtemperaturerne imellem 5° C og
24° C, pånær baderummet er den højeste temperatur på 20° C. Derfor tager de følgende
beregninger udgangspunkt i en inde temperatur på 20° C:
Figur 24
På figur 24 fremgår at der, ikke overraskende, kan leveres mindst effekt ved det laveste
temperatursæt. Det fremgår dog at selv ved temperatursættene 40° /34° kan varmesystemet
afsætte 34 kW, hvor varmepumpens andel til SB1 kun udgør 16,2 kW.
For at få afsat varmepumpens andel til SB1, som er på 17 kW, skal cirkulationspumpen levere
et flow på 2,4 kubikmeter i timen, hvilket er væsentlig lavere end det maksimale flow
pumperne er dimensioneret til (3,7m3/h).
Af overstående kan det udledes, at 40° C /35° C temperaturforholdet er tilstrækkeligt til at
levere 17 kW til SB1 uden at overskride flow grænsen.
På nedenstående figur 25 vises resultatet af beregningerne for SB2, kompressorerne og
basen:
40
Figur 25 - Tallene fremgår i vedlagt Exceldokument i arket ”Fremløb beregninger”.
Som det fremgår på figur 25, er temperaturerne ved ”Mulighed 1” ikke tilstrækkelige ved
basen. Her fremgår det at der ved de angivne temperaturer kun kan afsættes 39 kW, hvilket er
5,5 kW for lidt i forhold til hvad varmepumpen skal kunne levere. Derimod er der ved
”Mulighed 2” mulighed for at afsætte væsentlig mere effekt end varmepumpen er i stand til i
alle forgreningerne, det betyder at fremløbstemperaturen skal være på 45°C, pga.
temperaturfaldet i veksleren på 5 kelvin. Ved mulighed 4 hvor fremløbet er 55°C fremgår at
der ved basen kun kan afsættes 51% af den dimensionerende varmetabseffekt. Det er et
udtryk for at varmepumpen skal højt op i temperatur, for selv at være i stand til at
varmeforsyne basen i vinterperioden.
På figur 25 fremgår ligeledes at flowgrænserne også er indenfor pumpernes dimensionerede
flow grænse. Hertil skal noteres at det maksimale flow der kan opnås i basens varmesystemet
uden det giver lydgener for de ansatte, i fællesskab med den fungerende varmemester på
basen - Jørn Gade, er fastsat til 6,9 m3/time. Det betyder at flowet i basen er indenfor de
definerede rammer.
I det følgende behandles hvordan overskudsvarmen fra VSD’erne forbindes til varmepumpen,
og hvordan varmepumpen forbindes til varmeanlægget:
41
3.8 Tilslutning
I dette afsnit vil det blive belyst hvordan VSD’erne skal forbindes til varmepumpen – og
hvordan varmepumpen skal tilsluttes det nuværende varmesystem.
Som tidligere nævnt er VSD kølerne placeret på taget af SB1, umiddelbart over det rum
VSD’en er placeret i. Placeringen af VSD-kølerne fremgår af figur 26:
Da varmepumpen skal tilsluttes det resterende varmesystem, vil det være oplagt at placere
den så tæt på kedelrummet som muligt, for at reducere unødig rørføring, pumpeenergi og
transmissions tab. På figur 26 fremgår det at kedelrummet fysisk er placeret imellem VSD
køler 2 og 3, dog tættest på 3’eren.
Figur 26 - Placering af VSD-kølere
42
3.8.1 Nuværende VSD tilslutning til VSD-kølerPå nedenstående figur 27 fremgår en af VSD’erne. Yderst til venstre er en af lågerne åbne ind
til kølevæske cirkulationssystemet.
Inde ved cirkulationssystemet er en 3-vejs termostatstyret ventil der regulerer på flowet af
kølevand der går til køleren på taget. Ventilen reguleres efter at returvandet har en
temperatur på 24 ° C. Rørføringen går fra cirkulationssystemet og op til taget, som det
fremgår på figur 28:
Figur 27 - VSD til gaskompressor
Figur 28 - Rørføring til VSD-køler
43
Eftersom at de forskellige rum i SB1 er brandsikret, skal enhver gennemførsel igennem
brandvæggen brandsikres. Hvis rørene fra alle VSD’erne skulle trækkes igennem bygningen til
kedelrummet, skal der laves 17 nye brandtætte gennemføringer. Derfor anses det som en
bedre - og billigere løsning at lave et rørsystem der forbinder VSD’erne på taget af SB1, da
gennemføringen til taget til kedelrummet allerede er lavet.
3.8.2 Varmepumpens tilslutning til varmeanlægFor at mindske risikoen for at kølekredsen tømmes pga. utætheder, etableres der ikke en stor
kreds, derimod vil hver kølekreds der på nuværende tidspunkt findes ved VSD’erne blive
bibeholdt. Varmen skal således ledes væk fra kølekredsen vha. en varmeveksler. På figur 29
vises princippet i hvordan varmen ledes væk fra VSD’erne:
På figur 29, er varmepumpen placeret imellem VSD 2 og 3, som svarer til en placering i
kedelrummet. Det skal bemærkes at der kun er indtegnet 1 VSD kreds af størrelsesmæssige
hensyn. Cirkulationspumperne under varmepumpen cirkulerer den afkølede brine ud til
varmevekslerne, for at den atter kan blive opvarmet.
Figur 29 - Rørføring der forbinder varmepumpen med VSD’erne
44
Den stiplede linje viser hvordan brine kredsløbet ser ud på nuværende tidspunkt. Derved
fremgår det at den eneste forskel er, at der på tilgangsrøret til VSD køleren, dvs. på taget af
SB1, indsættes en 3 vejs-ventil (VB1). De påtegnede ventilers funktion er som følgende:
”VV” ventilerne er placeret umiddelbart før tilgangsstudsen på vekslerne. Formålet
med ventilen er at der kun skal ledes brine igennem de vekslere der kan afgive varme,
dvs, hvor kompressoren kører. Dette reducere behovet for pumpeenergi, men sikre
også at der ikke cirkuleres brine igennem vekslere hvori der ikke overføres varme.
VB ventilen er placeret indenfor det stiplede område, hvilket betyder at det er en del at
den nuværende opsætning. Funktionen er den tidligere omtalte, altså at sikre at retur
temperaturen på kølevandet er på ca. 24° C.
VB1 ventilen er en 3 vejs ventil der monteres på taget, inden brinen fra VSD’en
strømmer igennem køleren. Dennes formål er at regulere på flowet til veksleren,
således at væsken har den rigtige temperatur ved tilgang til varmepumpen.
Temperaturen overvåges at den påtegnede temperaturtransmitter TT og holdes vha.
en temperaturregulering på et konstant niveau. Reguleringen er opbygget som vist på
figur 30.
Figur 30 - Reguleringssløjfe til VB1 ventilerne
Som beskrevet er det temperaturtransmitteren TT der fysisk er placeret ved indløb på
varmepumpen der sender signalet op til regulatoren hvorpå setpunktet er indstillet til 24°C.
Som det fremgår er reguleringen invers, dvs. at når temperaturen overstiger
setpunktsværdien, vil afvigelsen ”e” blive negativ og motorventilen VB1 vil få signal om at
lukke lidt, således at flowet og effekttilførslen til veksleren mindskes.
I det følgende beskrives det hvordan varmepumpen kobles til det eksisterende varmeanlæg.
45
3.8.3 Varmepumpens tilslutning til varmeanlægVed gennemgang af varmeanlægget blev det nævnt at der på akkumuleringstanken allerede er
anbragt tilslutningsstudse med den hensigt at forberede varmesystemet til udnyttelse af
overskudvarme. Ifølge råd fra Weishaupt er tilslutningen til denne tank en god løsning. Derfor
kobles varmepumpen til de på figur 31 viste flanger:
Figur 31 – Udskæring af figur 20
Ved installation af varmepumpen haves både varmeforsyning fra varmepumpen og
gaskedlerne. Her er det varmepumpen der skal køre som master, da den er billigst i drift.
På den måde sikres at det altid er varmepumpen der laver det første temperaturløft.
Når de kolde måneder kommer og varmebehovet overstiger varmepumpens ydelse, vil
temperaturtransmitteren i varmepumpens returføring registrere at temperaturen er under en
indstillet setpunktsværdi. Herefter gives signal til gaskedlen om at den skal starte indtil
returtemperaturen er oppe på det ønskede, hvorefter den fortsætter yderligere indtil en timer
indstillet værdi er opnået og derefter slukkes.
Det er nu specificeret hvordan varmepumpen skal forbindes til VSD’erne og til det
eksisterende anlæg. For at kunne dokumenter omkostningerne til installation af det ovenfor
beskrevne varmepumpeanlæg, har vi inviteret virksomheder med kompetencer indenfor salg
og montering af varmepumpeløsninger på besøg for at give tilbud.
46
4. Tilbud på installationFor at kunne udregne tilbagebetalingstider på dette projekt, skal der indhentes priser på
varmepumpe, varmevekslere, ventiler, diverse rørføring og montage. Det er desværre kun
lykkedes os at få indhentet et varmepumpe tilbud fra virksomheden Weishaupt, selvom vi har
haft kontakt med henholdsvis Cronborg, Solar, Farupsmede og Egtved smedje. Tilbuddet fra
Weishaupt inkluderer varmepumpe og dennes implementering i varmeanlægget og
tilhørende 4 stk. varmevekslere inklusiv montage ved VSD-kølerne.
Prisen på rørarbejdet der forbinder VSD’erne med varmepumpen skulle være kommet fra VJ-
rørteknik, men de fik ikke udarbejdet tilbuddet før vores deadline. Derfor har vi været
nødsaget til selv at indhente separate tilbud på rør, ventiler og montage.
I det følgende gennemgås tilbuddene.
4.1 Gennemgang af tilbud på varmepumpe og varmevekslere - Weishaupt
Tilbuddet fra Weishaupt fremgår i bilag 7 og indeholder en pris på varmepumpe, installation
af varmepumpe, elektrisk tilslutning af varmepumpen, cirkulationspumper på både kold og
varm side, styring til tænding af gaskedel og 4 stk. ventiler (VB1 ventilerne på figur 29) og 4
stk. varmevekslere inklusiv montage på VSD’erne. Alt dette har en samlet pris på 543.865,52
kr. plus moms.
Varmepumpen som er indbefattet af tilbuddet er en WWP S 50 ID. I det medfølgende datablad
(Bilag 8) fremgår diagrammer, hvori varmepumpens afgivne varmeeffekt kan aflæses ud fra
de gældende temperaturer på brine-inlet og ønsket fremløbstemperatur, se figur 32:
Figur 32 - Afgiven varmeeffekt for varmepumpe
47
Fra behandling af VSD’ernes kølesystem vides at deres afgivne kølevand har en temperatur på
ca. 31° C. Som det fremgår på figur 32 kan varmepumpen fra Weishaupt maksimalt modtage
brine med en temperatur på 25° C. Efter anbefaling fra Weishaupt sættes brine
indløbstemperaturen til 24° C for at undgå at varmepumpen får alarm pga. for høj
temperatur. Da der i varmesystemet ønskes en fremløbstemperatur på 45° C leverer
varmepumpen ifølge figur 32 en varmeeffekt på 86 kW – under betingelse af at det
cirkulerende væske flow er imellem 9 og 13 m3/h, hvilket er oplysninger der senere skal
bruges for at dimensionere rørsystemet på taget.
På nedenstående figur 33 fremgår med hvilken COP varmepumpen opererer.
Figur 33 - Varmepumpens COP Kilde
Som det fremgår på figur 33 er varmepumpens COP (Leistungszahl) på 6,2 ved de angivne
temperaturer. I den aflæste COP er kompressormotorens virkningsgrad medregnet.
Da den virkelige COP nu kendes, vil det være interessant at sammenligne den med den
teoretiske COPcarnot. for at kunne vurdere om udfaldet er acceptabelt.
Da fremløbstemperaturen er blevet bestemt til 45° C og indløbstemperaturen til
varmepumpen er 24 ° C, kan COPcarnot beregnes:
COPcarnot=TH
T H−T L=273+4545−24
=15,14
Da varmepumpen opnår en virkelig COP på 6,2, svarer det til at 41 % af COPcarnot .
Dette anser for at være tilfredsstillende, set i forhold til at varmepumper der er optimeret til
de forhold de driftes i, yder imellem 50-60% af den beregnede COPcarnot.
I det følgende undersøges om varmepumpen kan implementeres i kedelrummet.
48
4.1.1 Implementering af VP i kedelrumIfølge figur 34 haves varmepumpens ydre dimensioner. De skal bruges til at eftervise om
varmepumpen kan implementeres i kedelrummet.
Figur 34 - Dimensioner på varmepumpe
Som det fremgår har varmpumpen dimensionerne: 100 cm; 79,7 cm; og 166 cm (b,d,h).
I kedelrummet placeres varmepumpen hvor legionella bekæmpelsen i dag er placeret, da
denne beholder uden problemer kan flyttes. På figur 35 er udmålt den tilgængelige plads:
Figur 35 - Varmepumpens placering i kedelrum
Det markerede område er på 169 cm, 140 cm, 300 cm (b,d,h). Der er derfor ingen problemer i
at varmepumpen kan placeres i det udvalgte hjørne. I det følgende gennemgås tilbuddet på
varmevekslerne:
49
4.1.2 VarmevekslerDe i tilbuddet medfølgende varmevekslere er dimensioneret af Sondex ud fra de
informationer og synsindtryk Weishaupt har fået ved deres besøg. I den vedlagte
dokumentation på varmevekslerne fremgår det at de er dimensioneret til at kunne overføre
en varmeeffekt på 150 kW, på trods for at varmepumpen kun har behov for at få tilført ca. 80
% af dens afgivne varmeeffekt (dvs. ca. 69 kW), eftersom de resterende ca. 20 % af
varmeenergien tilføres fra kompressoren.
På figur 36 nedenfor, fremgår de betingelser varmevekslerne er dimensioneret efter:
Figur 36 – Udpluk fra dimensioneringsgrundlag på varmeveksler - Fremgår komplet i bilag 9.
På figur 36 fremgår det at veksleren er dimensioneret efter at der på sekundærsiden flower
vand. Sekundærsiden udgør forbindelsen imellem varmevekslerne og varmepumpen, hvorfor
vand er et uhensigtsmæssigt medie. Dette medie burde naturligvis have været en glykol
opløsning, da hovedparten af denne installation er rørføringen på taget af SB1, hvor rørene
kan udsættes for frostgrader. Beregningerne i det følgende vil dog gå ud fra de på figur 36
anviste værdier.
Da varmepumpens afgivne effekt som vist på figur 32 er afhængig af at flowet på væsken til
varmepumpen ligger imellem 9 -13 m3/h – og da varmeveksleren er dimensioneret til et flow
på 10 m3/h vil rørføringen der forbinder VSD’erne og varmepumpen blive dimensioneret efter
dette.
50
4.2 Dimensionering af rørføring imellem VSD’er
For at kunne få et tilbud på rørføringen, skal rørdimensionen bestemmes. Rørdimensionen
skal dimensioneres efter at den i tilbuddet på varmepumpen inkluderede cirkulationspumpe
(Magna 3 40-120F 250) kan levere et flow på 10 m3/timen, da det er dette flow varmepumpen
skal have for at opnå den tidligere nævnte COP. Da der kun er behov for at modtage kølevand
fra en af VSD’erne, vil rørdimensioneringen tage udgangspunkt i at der modtages væske fra
den fjerneste VSD, da rørmodstanden herfra vil være størst. Den største rørmodstand fås
ifølge figur 37, når overskudvarmen modtages fra VSD køler 4:
Figur 37 – Rørdimensioneringsgrundlag
Der dimensioneres således efter at cirkulationspumpen kan cirkulere et flow på 10 m3/t på
den stiplede markering. Der laves beregninger for rørdimensioner på henholdsvis 1,5”, 2,0” og
2,5” rør. Resultatet af beregningerne fremgår på figur 38:
Rørdimension (tommer) 1,5” 2,0” 2,5”Rørdimension (mm.) 41,25 52,5 68væskehastighed 2,182 m/s 1,347 m/s 0,803 m/sHm (samlet rørmodstand) 34,6 mvs 10,76 mvs 3,10 mvs
Figur 38 - Resultat af beregninger - Beregninger og tryktabstabel fremgår i Bilag 10.
51
Når resultatet af den samlede rørmodstand, som er et udtryk for differenstrykket over
pumpen, indtegnes på pumpekarakteristikken, fås at det er nødvendigt med en 2,5”
rørinstallation, da pumpen ellers ikke kan levere tilstrækkeligt flow, hvilket fremgår af figur
39:
Figur 39 - Pumpekarakteristik ved 2,5” rørføring
På pumpekarakteristikken fremgår ligeledes at cirkulationspumpen optager en effekt på
152,2 watt. I det følgende skal det undersøges om der er behov for at rørene skal isoleres:
52
4.3 Isolation af rørføring
Ifølge dokumentationen på varmeveksleren fra figur 36 og foretagne beregninger i bilag 11 og
den ønskede indløbs temperatur i varmepumpen haves de oplysninger der skal bruges til at
kunne bestemme om isolering af rørene er påkrævet.
Da afstanden imellem VSD-køler 4 og varmepumpen er størst, er det denne strækning der skal
laves varmetransmissions beregninger på. På nedenstående figur 40 er de temperaturforhold
der skal regnes på indtegnet:
Figur 40 - Oversigtstegning med påtegning af temperaturer
Som det ses er der pga. vekslerens store kapacitet, mulighed for en afkøling på 4 kelvin på den
varme streng og 2,9 kelvin på den kolde streng. På bilag 12 fremgår at der ved en
udetemperatur på op til -11 ° C ikke vil afsættes mere varme fra rørene, end at
indløbstemperaturen til varmepumpen vil være 24°C, og returtemperaturen til veksleren vil
være 15° C.
53
Da temperaturen i Danmark ifølge graddagedata sjældent kommer under -11° C anses dette
ikke for at være problematisk. Rørtilbuddet skal derfor ikke inkludere isolering af rørene.
4.4 Tilbud på rør
På figur 37 fremgår det hvordan rørinstallationen på taget af SB1 skal laves. Vi har indhentet
et tilbud fra Damstahl på følgende:
300 meter 2,5” rustfaste rør
6 stk. 2,5” rustfaste t-stykker
10 stk. 2,5” 90 ° rustfaste bøjninger
Ifølge bilag 13 er prisen på 56.416 kr. + moms
4.5 Tilbud på ventiler
Ventilerne der indhentes tilbud på er de på figur 40 viste ”VV” ventiler. Ventilerne er af typen
on/off, dvs. de enten er fuldt åbne eller fuldt lukkede. Tilbuddet indhentes fra Dansk
ventilcenter og fremgår i bilag 14. Prisen på ventiler er 35.716 + moms.
4.6 Tilbud på montage Tilbuddet på montage indeholder komplet montage og svejsning af rør på taget af SB1. Det
samlede tilbud på montagen er udarbejdet af AA Smede og Maskinfabrik ApS. I bilag 15
fremgår at montagen prissættes efter antallet af svejsninger der skal foretages. Derved fås en
komplet montage pris på 62.940 kr. + moms.
Med alle tilbuddene der samlet udgør en totalpris på den samlede installation, kan den
økonomiske behandling af tallene der skal munde ud i en tilbagebetalingstid begynde.
54
5. ØkonomiFor at kunne foretage en beregning vedrørende tilbagebetalingstid på
varmepumpeinstallationen, skal det fastsættes hvor meget gasforbruget reduceres når
varmepumpen er i drift. Eftersom vi kun har månedsvis forbrugsdata på gasforbruget
( fremgår på figur 41) vil det være rent gætværk at estimere hvor meget af varmeenergien der
produceres af henholdsvis varmepumpen og gaskedlen:
Figur 41 – Månedsvis gasforbrug
Dette skyldes at varmebehovet i bygningerne især er afhængig af de ydre temperaturforhold –
som jo ikke vil være konstante set over en måned. Denne betragtning betyder at det vil give
for optimistiske resultater, blot at antage at energien under kurven på figur 42 leveres af
varmepumpen og det resterende skal suppleres med gas.
Stregen der er tegnet ind på figur 42 er et udtryk for hvor meget varmeenergi en varmepumpe
på 70 kW kan levere ved kontinuerlig drift på et døgn og er udelukkende et forklarende
eksempel:
55
Figur 42 – Gasforbrug omregnet til gennemsnitlig energiforbrug pr. døgn
5.1 Anvendelse af graddage
Som nævnt i teorien er der et sammenhæng imellem gasforbrug og udetemperatur og netop
dette sammenhæng vil vi anvende til at få beregnet en mere retvisende fordeling af
varmeenergien fra varmepumpen og gaskedlen. Den anvendte metode bygger som nævnt på
brug af historiske graddages data.
Graddagene anvendelse til at bestemme fordelingen af varmeproduktionen fra varmepumpen
og gaskedlen og bygger på en række antagelser:
Ifølge Gaspro rapporten har varmesystemet en varmetabseffekt på 267kW ved en
udetemperatur på -12° C. Derudfra antages det indledningsvis at 29 graddage på et
døgn svarer til en nødvendig tilført varmeeffekt på 267 kW.
Som angivet i definitionen på en graddag, haves 0 graddage på et døgn hvor ude
middeltemperaturen er 17° C. Det må derfor betyde at når der haves 0 graddage på et
døgn er der intet behov for yderligere opvarmning.
Som det fremgår af overstående punkter, er det graddage antallene imellem 0 og 29 pr. døgn
der er interessante. Her antages det at behovet for tilført effekt er proportional med antallet af
graddage pr. døgn. På den måde fås at når døgnmiddeltemperaturen falder med 1 grad
celsius, øges den nødvendige varmeeffekt med 9,21 kW (267 kW/29).
De graddage der anvendes i det følgende er fra 2014. Det skyldes at for dette år kendes det
anvendte gasforbrug. På den måde kan det ved årets afslutning sammenlignes hvor stort
energiforbruget til opvarmning har været ved brug af graddage og ved brug af gas
56
forbrugsdataene. Da varmeenergiforbruget gerne skulle være ens uanset hvilken metode der
anvendes, beregnes en faktor der korrigerer forholdet på 9,21 kW varmeeffekt pr. graddag pr.
døgn vha. af de udregnede energiforbrug. Denne faktor fremgår i Excel dokumentet i arket
”Graddage 2014” i rubrikken P3 til en værdi på 9,17 kW/graddag.
På den måde kan varmeproduktions fordelingen mellem varmepumpe og gaskedel foretages
for et normalår og det er dette forbrug af gas og elektricitet der vil danne grundlag for
tilbagebetalingstids beregningerne.
Udførelsen af den ovenfor givende beskrivelse, er dokumenteret i vedlagte Excel dokument i
arket ”Graddage 2014”.
5.2 Tilbagebetalingstid
Som nævnt ovenfor beregnes tilbagebetalingstiden ud fra forskellen på den nuværende udgift
til opvarmning kontra den udgift der vil være med varmepumpen implementeret. De
anvendte forbrugstal kommer fra ”Graddage 2014” arket i Excel dokumentet og er forbrugstal
der er konverteret til et normaltår.
Den samlede besparelsen kan dog ikke udelukkende bestemmes ud fra forskellen i
opvarmningsudgifter, eftersom der pålægges afgifter når der udnyttes overskudsvarme til
opvarmningsformål. Derudover kan der i Danmark søges om energitilskud, når der foretages
energibesparende foranstaltninger.
Derfor vil det i det følgende blive beregnet hvor stor en afgift der årligt skal betales for
udnyttelse af overskudsvarmen - og det vil blive bestemt hvor stort et energitilskud der kan
opnås.
5.2.1 Afgift på udnyttelse af overskudsvarme Da overskudsvarmen fra VSD’erne skal benyttes til rumopvarmning er den afgiftspligtig.
Afgiften kan udregnes vha. 2 metoder:
Fast pris pr. forbrugt GJ varme
Fast pris pr. kvadratmeter bygning
Hvilken metode der anvendes er frivilligt, derfor vil begge metoder i det følgende blive
gennem regnet, for at se hvor afgiften er mindst. Først ses der på fast pris afgiften.
57
Fast pris afgiften er på 50,70kr. pr. GJ3 ,som svarer til 0,1825kr/kWh, og skal kun betales i
vinterhalvåret, dvs. fra 1. oktober - 31. marts. Måden hvorpå afgiften bliver pålagt når der som
i vores tilfælde benyttes en varmepumpe, er at der skal betales afgift af den energi der ligger 3
gange over elforbruget til varmepumpen. I vores tilfælde bliver der forbrugt 58.701 kWh i
perioden fra den 1. oktober til den 31. marts, det forbrug ganges så med 3 og omregnes til GJ,
så giver det, en energi på 634 GJ, den varme som varmepumpen har afgivet bliver så i vores
tilfælde 1.310 GJ, forskellen imellem den energi der ligger over 3 gange elforbruget bliver den
afgift der skal betales, i vores tilfælde 676 GJ*50,7kr/GJ = 34.285 kr.
De foretagne beregningerne er lavet som det fremgår i skats beregningseksempel i bilag 16 og
fremgår ligeledes i Excel dokumentet i arket ”Økonomi”.
Hvis man vælger at betale for det antal kvadratmeter man opvarmer så er afgiften 10kr pr. m2
pr. måned, og er kun gældende i vinterhalvåret. Da der er 6780 m2 opvarmede bygninger fås
en afgift på 67.800kr. pr. måned og total for vinterhalvåret 67.800*6=406.800kr2
Det giver ifølge overstående beregninger mest mening i vores tilfælde, at benytte den faste
pris pr. GJ. hvor den årlige afgift således udgør 34.285 kr.
Grunden til at virksomheder bliver pålagt afgift på udnyttelse af overskudsvarme, er at det
skal fjerne incitament for at købe et ineffektiv anlæg og blot benytte den overskudsvarme, til
opvarmning og dermed kunne opvarme bygningerne uden at betale for afgifterne. Der skal
dog ikke betales afgift af den varme som benyttes i det samme rum som varme kommer fra.
3 http://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062262
58
5.2.2 Energitilskud Der blev i 2006 indført en aftale mellem klima- og energiministeriet og landets
energiselskaber om en energispareordning, som tvinger alle energiselskaber i Danmark til at
udbetale et tilskud til energirenovering og derved motivere både virksomheder og private til
at sænke deres CO² udledning.
Tilskuddet betales af alle energiforbrugene danskere og opkræves som en afgift af selskabet
som leverer energien. Der kan søges energitilskud til stort set alle energibesparende
initiativer i bygninger.
Måden energitilskuddet beregnes på, er ved at få fastsat energibesparelsen i anvendte kWh til
opvarmningen. Som det fremgår i Excel dokumentet på arket ”Økonomi” udgør besparelsen
435.734 kWh. Det er energiselskaberne der bestemmer satsen på tilskuddet pr. sparet kWh,
og de ligger imellem 25 - 40 øre. 4
Der er som vist, forskel i hvor meget der betales fra de forskellige energiselskaber. Weishaupt
som er vores varmepumpe leverandør formidler aftaler til energiselvskaber der giver et
tilskud på 35 øre pr. besparet kWh (se bilag 17). Vi har selv fået en bekræftelse på 30 øre pr.
sparet kWh, såfremt projektet afsluttes i 2017 (se bilag 18). I de videre beregninger tages der
udgangspunkt i det formidlende tilbud fra Weishaupt.
Figur 43 - Beregning af energitilskud - Beregningerne fremgår i Excel dokumentet i arket ”Økonomi”
4 http://www.energihjem.dk/tilskud-til-energirenovering/
59
Den angivede prioriteringsfaktor i figur 43, er en værdi som bruges til at vægte besparelsen i
forhold til dens levetid5 og udgør for varmepumper en værdi på 1,5.
Ved de i figur 43 angivede værdier, opnås et energitilskud på 228.760 kr. som er skatte og
momsfrit.
5.3 Beregning af tilbagebetalingstid
Hos Energinet.dk accepteres som nævnt i indledningen en tilbagebetalingstid på 10 år, på
investeringer der giver virksomheden en mere grøn profil. For at kunne beregne
tilbagebetalingstiden for varmepumpe investeringen skal der vides følgende:
Investeringens størrelse
Investeringens størrelse er udgiften til den komplette varmepumpe installation med
rørføring.
Årlig besparelse
Besparelsen udgør det reducerede gasforbrug, men der er også nogle nye udgifter,
heriblandt et større elforbrug (til varmepumpen), overskudsvarmeafgift og årlige
serviceomkostninger til varmepumpen.
Prisen på el til varmepumpen og gas til gaskedlerne.
For at kunne beregne den årlige besparelse på opvarmning af gastransmissionen, skal
priserne for afregnet el og gas fastlægges. I bilag 19 fremgår at elprisen til at drive
varmepumpen er på 59 øre/kWh + moms - og i bilag 20 fremgår at prisen på naturgas
til opvarmningsformål på gastransmissionen er på 4,22 kr. + moms. Den lave
naturgaspris skyldes som det fremgår i bilag 20, at energinet ikke skal betale
distributionsbidrag, da gassen tages direkte fra transmissionsledningen.
De overstående oplysninger er beregnet i det vedlagte Excel dokument under arket
”Økonomi”. På nedenstående figur 44 fremgår et billede overblik:
5 http://svk.teknologisk.dk/Pages_open/Default.aspx
60
Figur 44 - Beregning af årlig besparelse
Som det fremgår på figur 44 opnås en simpel tilbagebetalingstid på imellem 3,6 og 4,3 år. Den
simple tilbagebetalingstid tager dog ikke hensyn til den gældende rentesats. Det viser sig at
Energinet.dk låner penge direkte ved nationalbanken til en rentesats på 1,6%, hvilket fremgår
af bilag 21. Vha. investeringens størrelse, gældende rentesats og den årlige besparelse er
annuitetslånet lavet i arket ”Økonomi” i Excel dokumentet. På følgende side fremgår et udklip:
61
Figur 45 - Annuitets lån
På figur 45 viser det sig at tilbagebetalingstiden med renter er imellem 3 år og 10 måneder og
4 år og 6 måneder, hvilket for begge tilfælde er langt under investeringskravet på 10 år.
62
6. Diskussion Varmepumpen blev valgt ud fra at den skulle kunne levere ca. 70% af varmeenergien til
bygningerne set over et år. Derfor kunne det efter beregningerne er lavet, være interessant at
se hvordan energifordelingen er imellem varmepumpen og gaskedlerne. I Excel dokumenter
under arket ”Graddage 2014” fremgår i rubrikkerne R3 & S3, at varmefordelingen er som
følgende:
Varmepumpe udgør 75,9% af den tilførte varmeenergi.
Gaskedlerne udgør 24,1% af den tilførte varmeenergi.
Som det fremgår er varmepumpeandelen lidt højere end de nævnte 70%, men det skal
bemærkes at beregningerne som gav udslag i en dækningsgrad på 70% var med en afgivet
varmeeffekt på 80 kW og da den valgte varmepumpe har en maks. ydelse på 86 kW vurderes
det opnåede resultat at være tæt på det forventede. Den overstående sammenligning imellem
fordelingen af varmeenergien giver en pejling om hvor retvisende de foretagne beregninger
er, så at resultatet næsten er som forventet er en god indikation.
For at tage højde for de usikkerheder der ligger i beregningerne på varmefordelingen imellem
gaskedler og varmepumper, blev der i ”Økonomi” arket i Excel filen også lavet beregninger for
tilbagebetalingstiderne ved et gasforbrug der er henholdsvis 15 % større og mindre end den
beregnede fordeling. Resultatet af beregningerne viser at tilbagebetalingstiden ligger imellem
3 år og 10 måneder og 4 år og 6 måneder (månederne er anslået ud fra størrelsen på ultimo
restgæld). Det viser sig derfor, at selv når tages hensyn til usikkerheder, bliver
tilbagebetalingstiden under 5 år.
Den opnåede tilbagebetalingstid er flot, set i forhold til at overskudsvarmeafgiften er beskyldt
for at fjerne incitamentet for at udnytte overskudsvarme, da det efter sigende ikke skulle være
rentabelt. I dette projekt har det vist sig, at den årlige afgift udgør knap 34.000 kr. og sættes
det op imod den forventede besparelse på ca. 119.300 kr. hvor afgiften er fratrukket, mener vi
ikke afgiften skal have skyld for at bremse fremtidige projekter. Vi kan derfor kun anbefale
63
andre virksomheder som har overskudvarme til rådighed, at få undersøgt om der ikke kunne
være økonomi i at udnytte den - og som sidegevinst skåne miljøet for et øget CO2 udslip.
Om de indhentede anlægsomkostninger der dækker en komplet installation af
varmepumpeløsningen ligger på et rimeligt niveau er svært at vurdere, da det desværre kun
har været muligt at indhente et sæt tilbud, der samlet dækker hele installationen. Det kunne
særligt være interessant at have haft andre varmepumper i betragtning, for at have haft
muligheden for at sammenligne opnåede COP værdier. Da den valgte varmepumpe havde en
begrænsning i hvor varmt den kunne modtage brinen, ville det ikke være usandsynligt at
konkurrerende produkter ville opnå en bedre COP, da forskellen imellem temperaturen på
brinen og fremløbstemperaturen derved mindskes. En øget COP ville muligvis resultere i en
kortere tilbagebetalingstid også selvom kostprisen på varmepumpen var større.
Vi føler dog at vi har fået en god og kompetent vejledning af Weishaupt, både hvad angår valg
af varmepumpe størrelse, men også til dens implementering i varmeanlægget, hvor vi har
kunne trække på deres erfaring.
64
7. Konklusion Ud fra behandling af projektets problemformulering og hypoteser kan det konkluderes at
overskudsvarmen fra frekvensomformerne uden problemer kan anvendes som supplement til
rumopvarmning hvis temperaturen på overskudsvarmen hæves vha. af en varmepumpe. Det
vil for den valgte varmepumpe være muligt at forsyne gastransmissionen med ca. 75% af den
årligt nødvendige varmeenergi.
Derudover kan det konkluderes at det økonomiske incitament for at investere er opfyldt, da
der opnås en tilbagebetalingstid på imellem 3 år og 10 måneder og 4 år og 6 måneder når der
er taget højde for usikkerheder, hvilket jo er væsentlig under kravet på 10 år. Hertil skal det
pointeres, at der i beregningerne er taget udgangspunkt i at Tyra platformene forbliver lukket.
Hvis det viser sig, at Tyra platformene kun lukkes under den omtalte 3 årige renovationen, er
vores anbefaling ikke at påbegynde investeringen i et varmepumpeanlæg, da den fremtidige
drift af kompressorerne således står i det uvisse og det vil derfor være umuligt at estimere en
tilbagebetalingstid.
Endeligt kan det således konkluderes at hvorvidt den behandlede varmepumpeløsning skal
blive til noget, afhænger af de beslutninger der i den nærmeste fremtid træffes om Tyras
fremtid.
8. Kilder
Websider:http://www.teknologisk.dk/graddage/hvad-er-graddage/492,3https://www.isover.dk/content/isover-isodimhttp://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062257 http://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062262http://www.energihjem.dk/tilskud-til-energirenovering/http://svk.teknologisk.dk/Pages_open/Default.aspxhttp://fjernvarme.info/Fakta-om-fjernvarme.1071.aspxhttp://product-selection.grundfos.com/product-detail.product-detail.html?productnumber=97924270&qcid=167591446
PDF:www.teknologisk.dk/_/media/62041_6%20Drejebog%20Storevarmepumper%20LRE%20150612.pdf . www.teknologisk.dk/_/media/47453_ Industriel %20 varmegenvinding .pdf Varmeanlæg - ISSN 1601-8605 DTU BYGDen lille blå om varmepumper
65
Den lille blå om varmeBøger:Thomas Heilmann - Praktisk regulering og instrumentering
ISBN: 978-87-90603-14-4Udgave: 6. udgave
Thomas Heilmann - Pumpedrift og energi ISBN: 978-87-90603-16-8Udgave: 5. udgave
DampkedlerISBN: 87-988565-0-2Udgave: 1. udgave
Mekanisk fysik og varmelæreISBN:978-87-7082-283-1Udgave: 11. udgave
Erhvervs økonomi til akademikereISBN: 978-87-412-6165-2Udgave: 4. udgave
Den gode opgaveISBN: 978-87-593-1521-7Udgave: 4. udgave
66