Norske bygninger kan bli mer energieffektive ved å utvinne grunnvarme og lagre termisk energi i pelefundamenter.

Av Yared Bekele og John Clauss

Peler brukes ofte som fundament for konstruksjoner som bygninger og broer. Energipeler kombinerer konvensjonelle pelefundamenter med utvinning av geotermisk energi.

Brukes til oppvarming, nedkjøling og energilagring

Pelefundamenter er vanligvis laget av stål eller armert betong, og er de foretrukne fundamentløsningene for store konstruksjoner som bygges på svake eller utfordrende grunnforhold.

Energipelteknologien er basert på rør med sirkulerende væske innebygd i fundamentene som er koblet til jordvarmepumper for å utveksle varme med den omkringliggende jorda. Væske som sirkulerer i rørene, drives av en jordvarmepumpe for å utvinne eller lagre energi i bakken.

Grunnvarme utvunnet via energipelefundamenter kan brukes til oppvarming og varmtvannproduksjon i bygninger. Under avkjøling kan energipeler brukes til å lagre termisk energi til senere bruk. En annen potensiell anvendelse er smelting av snø og is nær bygninger.

I tillegg til oppvarming og nedkjøling i bygninger, kan energipeler brukes til snøsmelting og tining av is på brodekker som er pelefundamentert. Også energitunneler, energistøttemurer og andre typer konstruksjonsfundamenter kan brukes til å utvinne geotermisk energi, og er dermed relevante for nullutslippsbygninger.

Implementert i internasjonale signalbygg

Bruken av energipeler blir stadig mer populær internasjonalt, og tusenvis av energipeler installeres hvert år. Teknologien ble først tatt i bruk i Østerrike på 1980-tallet, men det tok litt tid før den spredde seg til andre land. Forskning på og bruk av energipeler har i løpet av det siste tiåret økt i land som Sveits, Storbritannia og Tyskland. Noen av bygningene i Europa som bruker teknologien, er Bulgari Hotel i London, Frankfurt Main-tårnet i Tyskland og Dock Midfield Airport i Zürich.

Teknologien har også blitt populær i USA og Kina, og brukes blant annet i Shanghai-tårnet i Kina og i den nye Google-campusen som er under oppføring i San Francisco. I Norden har Finland gjennomført byggeprosjekter med energipelefundamenter.

Høy varmeproduksjon og redusert CO₂-utslipp

Data fra fullførte prosjekter over hele verden viser at varmeproduksjonen fra energipeler ligger i området 40-100 W per løpemeter pel, og i noen tilfeller rapporteres så høy som 160 W/m. Varmeproduksjonen avhenger av forskjellige faktorer, som pelediametere, pelelengde, pelemateriale, grunnvannsstrømning og de termiske egenskapene til jorda[1]. Miljøfordelen med energipeler og andre varmeproduserende geokonstruksjoner ligger i å redusere utslipp. Anslått reduksjon av utslipp er 320 kg CO₂ for hver produserte kW.[2]

Bidrar til energieffektivisering i norske bygninger

Omtrent 78% av energiforbruket i bygninger i Norge går til oppvarming og varmtvannproduksjon. Direkte elektrisitet er den viktigste energikilden for disse formålene, og utgjorde ca. 75% i 2017[3]. Selv om den store andelen av direkte elektrisitet produsert i Norge kommer fra fornybare kilder som vannkraft, er det behov for å øke energieffektiviteten i bygninger.

Energieffektiviseringen oppmuntres og støttes av politiske retningslinjer og insentiver. Direktiver på EU-nivå, som bygningsenergidirektivet (Energy Performance of Buildings Directve – EPBD), er implementert i norsk lovgivning.[4]^,[5] Slike direktiver fremmer bygningsintegrert fornybar energiproduksjon. Den nasjonale energiforskningsstrategien fra Energi21 identifiserer også energieffektive og smarte bygninger som et viktig fagområde.

Energipelefundamenter kan bidra til i) energieffektivisering i norske bygninger, ii) å redusere direkte energikostnader, og iii) å nå målene i lovverket, og dermed bidra til overgangen til et bærekraftig energisystem.

Kan kombineres med andre teknologier for utvinning av grunnvarme

Kravet til energieffektivitet i bygninger og overgangen til nullutslippsbygg, med bygningsintegrert produksjon av fornybar energi, har ført til økt bruk av for eksempel solvarme og solcellepaneler.

Energipeler er en annen teknologi for bygningsintegrert produksjon av fornybar energi fra grunnvarme. I perioder med overflødig elektrisitet eller varmeproduksjon fra andre kilder kan energipeler brukes til energilagring for senere bruk.

De vanligste metodene for utvinning av grunnvarme i Norge i dag er energibrønner og energigrøfter med bakkesløyfer. For byggeprosjekter som vurderer installasjon av jord- eller bergvarmepumper kan energipeler og tradisjonelle energibrønner ses på som komplementære teknologier. Den største fordelen med energipeler er at man kan bruke det samme anleggsutstyret som for pelefundamentering, og bruke fundamentet til oppvarming og nedkjøling av bygningen. På den måten kan man redusere enten antall energibrønner som må bores eller dybden på disse energibrønnene, noe som igjen reduserer installasjonskostnadene. Videre kan det ekstra arealet som kreves for separate geotermiske energibrønner eller energigrøfter reduseres, noe som er viktig for utnyttelse av geotermisk energi i urbane områder.

Vil forske på norske forhold

SINTEF vil, i samarbeid med NTNU, etablere et forskningsprosjekt om bruk av energipeler i Norge. Vi vil samle ulike partnere fra privat og offentlig sektor, som entreprenører, prefabrikkerte pelefundamentprodusenter, rådgivere, leverandører av geotermisk utstyr og byggherre eller eiendomsutviklere.

Formålet med prosjektet vil være å studere og tilpasse teknologien til norske klima- og grunnforhold.  Det meste av energiforbruket i norske bygninger går til oppvarming. Den langsiktige varmeproduksjonen og effektiviteten til energipeler for oppvarming er viktig for implementering av teknologien. Dessuten kreves det kunnskap om oppførselen til fundamentet på kort og lang sikt i forhold til norsk klima og grunnforhold.

[1] Sani, A. K., Singh, R. M., Amis, T., & Cavarretta, I. (2019). A review on the performance of geothermal energy pile foundation, its design process and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 106, 54-78.

[2] Di Donna, A., M. Barla and T. Amis (2017). Energy Geostructures: Analysis from research and systems installed around the World. DFI 42nd Annual Conference on Deep Foundations, New Orleans, LA, USA.

[3] https://energifaktanorge.no/en/norsk-energibruk/energibruken-i-ulike-sektorer/

[4] https://energifaktanorge.no/en/eu-lovgivning/sentrale-direktiver-pa-energiomradet/

[5] https://www.regjeringen.no/no/sub/eos-notatbasen/notatene/2016/des/revisjon-av-direktiv-om-bygningers-energiytelse/id2540198/