Spillvarme som energikilde i bygninger

Norges Forskningsråd gir støtte til kompetanseprosjekt for næringslivet (KPN). I dette blogginnlegget kan du lese mer om et av disse prosjektene.
KPN-prosjekt: Efficient interaction between energy demand, surplus heat/cool and thermal storage in building complexes
Industripartnere: Aspelin Ramm, REMA 1000, COWI, Statkraft Varme, Danfoss, SWECO, Johnson Controls, Schneider Electric, Apslan Viak, EvoTek
Mål: Utvikle metoder, modeller og verktøy for effektiv energisamspill mellom energi etterspørsel, overskuddsvarme/kulde og termisk lagring , og tredjeparts levering til fjernvarme-/kulde.

Bygninger forbruker store mengder energi, til sammen 40% av den totale energibruken i Norge, men produserer også mye energi i form av overskuddsvarme/spillvarme. Denne energien blir vanligvis kastet til omgivelsene.

I prosjektet INTERACT er målet å se på ulike måter til å utnytte spillvarme som energikilde i bygninger gjennom termisk samspill mellom bygningene, og termisk lagring.

Det finnes mange forskjellige typer bygninger, alle med forskjellige energibehov. Ofte får energibruken i husholdningene mye oppmerksomhet; men næringsbygg, for eksempel sykehus, supermarkeder og kontorbygg er også alle store energiforbrukere.

Ingen reduksjon i energiforbruket i næringsbygg

Det gjennomsnittlige spesifikke energiforbruket per år – det vil si det årlige energiforbruket per oppvarmet areal – for eksempel for sykehus er 366 kWh/m², og for supermarkeder ca 460 kWh/m². Til sammenligning hadde husholdningene i Norge et gjennomsnittlig spesifikt energiforbruk på 185 kWh/m² i 2012.

Energiforbruk i et næringsbygg bestemmes i hovedsak av driftstiden og mengden av teknisk utstyr. Dette forklarer det høye spesifikke energiforbruket for sykehus, som generelt er i drift 24 timer i døgnet, og benytter en rekke energikrevende utstyr.

Overraskende nok, har energibruken i disse bygningene redusert lite med årene, til tross for stramme byggeforskrifter, som vist i figuren nedenfor. Årsakene til dette er blant annet økt mengde av teknisk utstyr, samt høyere krav til inneklima, hvilket øker ventilasjonsbehovet. Videre har operasjonstiden økt i noen bygningskategorier, som for eksempel i supermarked.

I tillegg til høyt energibehov, har næringsbygg ofte prosesser eller utstyr med høy produksjon av spillvarme. Dette kan være for eksempel kjølesystemet i et supermarked, steriliseringsprosessene i et sykehus, eller en serverhall i en universitetsbygning. Varmen kan imidlertid foreligge ved en for lav temperatur, og ofte sammenfaller varmebehovet og tilgjengeligheten av overskuddsvarme ikke.

Termisk lagring for å utnytte spillvarme

En viktig teknologi for utnyttelse av spillvarmen er derfor en slags termisk lagring, typisk i kombinasjon med en varmepumpe for å generere et temperaturløft.

Termisk lagring kan være kortvarig, døgnlagring – som for eksempel en varmtvannstank – eller langvarig lagring, for eksempel energibrønner, som lagrer varmen i bakken fra sommer til vinter. En mer avansert måte for å lagre varme er faseforandringsmateriale (phase change material, PCM), som benytter den latente smeltevarmen for et materiale med et passende smeltepunkt.

Det eldste faseforandringsmaterialet er is, og en is/vann –lager kan også brukes som termisk lager i bygninger. Dette alternativet har blitt vurdert for Posthuset i Oslo. På Gardermoen flyplass skal de ha et snølager, og varmen blir hentet fra kommunens kloakkrenseanlegg.

 

Smart utnyttelse av spillvarme kan gi betydelige reduksjoner i energiforbruket. I et prosjekt i samarbeid med forskere fra SINTEF Energi og REMA 1000,  ble energiforbruket i en butikk i Kroppanmarka i Trondheim redusert med 30% gjennom å bruke et integrert energisystem for å utnytte spillvarmen fra kjølesystemet. Det integrerte systemet bruker varmtvannstanker for kortvarig lagring av varmen på høy temperatur og energibrønner som sesonglager på lav temperatur.

Ved Høgskolen i Bergen, ble PCM tanker begravd under bakken  utnyttet til å lagre overskuddsvarmen fjernet av ventilasjonssystemet. Med denne løsningen kunne kjølekapasiteten bli redusert med 53%.

Spillvarme kan utnyttes bedre gjennom samspill mellom bygningene

Et annet alternativ for økt utnyttelse av spillvarme er termisk samspill mellom bygninger med ulike varme- og  kjølebehov. En slik løsning er brukt på Vulkan energisentral, som produserer varme og kjøling til flere bygninger, inkludert hoteller, kontorbygg, og en mathall. Energisentralen utnytter effektivt overskuddsvarmen som er tilgjengelig for eksempel fra mathallen. Energibrønner benyttes som en termisk lagring.

Utnyttelse av spillvarme er imidlertid ikke blitt tatt i betrakting, og det finnes heller ingen politiske verktøy som kunne skape økt samspill i bygninger.

Dagens byggeforskrifter fokuserer på å redusere det totale energibehovet, samt på å bytte til fornybare energikilder. Utnyttelse av spillvarme er imidlertid ikke blitt tatt i betrakting, og det finnes heller ingen politiske verktøy som kunne skape økt samspill i bygninger. Denne barrieren bør fjernes for å øke utnyttelsen av denne energikilden som er både grønn og gratis.