Varighetskurver for effektbehov til total termisk oppvarming, romoppvarming, og varmtvannsoppvarming i løpet av et år. Beregningen er basert på klima for referanseåret som definert i NS 3031, dvs. Oslo klima.

Varmeløsninger og deres dekningsgrader

Forfattere: Søren Gedsø, Ida H. Bryn, Arnkell J. Petersen, Erichsen & Horgen AS

0
Erichsen & Horgen har på oppdrag fra Lavenergiprogrammet utarbeidet en forenklet metode for å dokumentere energidekningsgrad for ikke fossile og direktevirkende elektriske varmeløsninger. I rapporten vises regneeksempler for småhus iht. TEK10, passivhus og for gammelt hus, samt boligblokk, kontor og barnehage iht. TEK10. Resultatene er vist i et effektvarighetsdiagram som kan benyttes til å illustrere hvor stor andel av energien, som kan dekkes av en gitt effekt. Dette er så benyttet til å lage et diagram, som viser sammenhengen mellom effekt og energidekning.

 
I rapporten vises eksempler på hvordan diagrammene kan benyttes til å dokumentere energidekning for egne anlegg. Dessuten beskrives ulike aktuelle varmesystemer og kombinasjoner av disse, og mulig dekning for de foreskjellige løsninger indikeres.
 
Denne artikkelen har til formål å introdusere metoden for leseren og gi en innføring i bruk av metoden til å bestemme sammenhengen mellom effekt til ulike behov (romoppvarming, ventilasjon og varmtvann) og energibehov. Etterfølende brukes resultatene for kontorbygg, men flere eksempler er å finne i rapporten.

Evaluering av dekningsgrad – Kontorbygg

I det følgende brukes SINTEFs bygningsmodell for kontor (korrigert etter TEK10 og NS 3031). SINTEFs bygningsmodell for kontor har oppvarmet BRA på 3600 m², men dette har liten betydning for energibehovet per m2. I tillegg er det utelukkende lagt inn et varmtvannsforbtuk i brukstiden. Tabell 1viser energibehovet til bygningsmodellen sammen­holdt med rammekravet i TEK10, og maksimal effekt til termisk oppvarming. Begge parametre er beregnet ved en årssimulering i SIMIEN. I den maksimale effekten til termisk oppvarming inngår effekten til ventilasjon, oppvarming og varmtvann. I denne beregningen brukes internlastene fra NS 3031.


 

  Energibehov i regnecase
[kWh/m2]
Rammekrav
TEK10
[kWh/m2]
Romoppvarming 35  
Ventilasjonsoppvarming 5  
Varmtvann 5  
Vifter og pumper 15  
Belysning 25  
Teknisk utstyr 35  
Romkjøling 0  
Kjølebatterier 12  
Totalt kontor 131 150
 

 

  Energibehov i regnecase
 
[kWh/m2]
Maksimal effekt til termisk oppvarming, årssimulering SIMIEN
[W/m2]
Romoppvarming 35  
Ventilasjonsoppvarming 5  
Varmtvannsoppvarming 5  
Sum oppvarming kontor 45 36,9
 

Tabell 1 Energibehov og maksimal effekt til termisk oppvarming ved årssimulering i SIMIEN for bygningsmodellen til kontor.
Den maksimale effekten gitt i Tabell 1 er beregnet ved en dynamisk simulering og er påvirket av solstråling, internlaster og klimafil med temperaturer ned til -25 °C, termisk tyngde m.m., mens den vanlige beregning av maksimal effekt til oppvarming er basert på stasjonær tilstand ved en gitt utetemperatur.
 
Figur. 1 viser en varighetskurve for det totale effektbehovet til termisk oppvarming i løpet av et år og en varighetskurve for effektbehovet til romoppvarming og varmtvannsoppvarming.  For Figur 1 skal det bemerkes at arealet under den røde kurve er lik energibehovet til oppvarming av varmtvann, arealet mellom den røde og blå kurve er lik energibehovet til romoppvarming og arealet mellom den blå og lilla kurve er lik energibehovet til ventilasjonsoppvarming.


Figur 1: Varighetskurver for effektbehov til total termisk oppvarming, romoppvarming, og varmtvannsoppvarming i løpet av et år. Beregningen er basert på klima for referanseåret som definert i NS 3031, dvs. Oslo klima.

På grunnlag av resultatet som er fremstilt i Figur 1, har vi beregnet energidekningsgraden for energikilden, som funksjon av effektdekningen for to alternativer:
 
·    Når kilden dekker romoppvarming, ventilasjonsoppvarming og varmtvann
·    Når kilden bare dekker romoppvarming
 
Når kilden dekker romoppvarming, ventilasjonsoppvarming og varmtvann
Figur 2 viser energidekningsgraden (dQtot) for en gitt installert effektdekning fra en energikilde (dqtot) for regneeksempelet. Dette diagrammet kan benyttes for et overslag av energidekningen dersom en har en tilsvarende bolig. Kurven i diagrammet viser de sammenhørende verdier for den prosentvise effektdekningen (dqtot) og den prosentvise energidekningen (dQtot). Ved å følge pilene er det tydelig hvordan kurven viser hvor stor andel av årets energibehov en viss effekt kan dekke. Av Figur 2 fremgår det at en effektdekning (dqtot) på 50 % fører til en energidekning (dQtot) på ca. 97 %. Den røde og grønne markering viser effektdekning (dqtot) ved henholdsvis en energidekning (dQtot) på 40 % og 60 %. Diagrammene viser at det er lite å vinne rent energimessig ved å øke effekten over 50 %.


Figur.2 Bruk av varighetsdiagram for å beregne dQtot, for kontorer basert på dqtot.
Tabell 2 viser nødvendig effektdekning (dqtot) ved en energidekning (dQtot) på 40 % og 60 %.
 

  dqtot ved en
dQtot på 40 % 
[%]
dqtot ved en
dQtot på 60 % 
 [%]
Kontor TEK10 13 21
 

Tabell 2 – Nødvendig effektdekning for å ivareta TEK10s krav til energidekning, angitt både for 40 % og 60 % energidekning.
 
Når kilden bare dekker romoppvarming
Figur.3 illustrerer sammenhengen mellom effektdekningen for romoppvarmingen (dqoppv) og energidekningen (dQtot). Bruken av Figur 3er lik bruken av Figur.2 dvs. en effektdekning (dqoppv) på 50 % fører til en energidekning (dQtot) på ca. 71 %. Den røde og grønne markering viser nødvendig effektdekning for romoppvarming (dqoppv) ved henholdsvis en energidekning (dQtot) på 40 % og 60 %. En effektdekning for romoppvarmingen (dqoppv) på 100 % kan ikke gi en høyere energidekning (dQtot) enn ca. 78 %. 


Figur 3Sammenheng mellom dqoppv og dQtot.

Tabell 3 viser nødvendig effektdekning (dqoppv) ved en energidekning (dQtot) på 40 % og 60 %.
 

  dqoppv ved en
dQtot på 40 % 
[%]
dqoppv ved en
dQtot på 60 % 
 [%]
Kontor TEK10 22 38
 

Tabell 3 Nødvendig effektdekning for å ivareta TEK10s krav til energidekning, angitt både for 40 % og 60 % energidekning.
 
Evaluering av dekningsgrader
Dekningsgrader for varmeløsninger, og kombinasjoner av disse, som benyttes i reelle byggeprosjekter avhenger av bygningens varmebehov, varmeløsningens tekniske egenskaper, virkningsgrader, romløsning og plassering i bygget, klimatiske forhold osv., og må dokumenteres i det enkelte tilfelle.
 
Det er mulig å utarbeide en samling grafer for forskjellige bygningstyper og kvaliteter, som kunne benyttes som ledd i dokumentasjon av kravet til dekningsgrad i tidlig fase og/eller som en forenklet dokumentasjon for mindre/enklere byggverk.
 
Vi foreslår at retningslinjene gitt i artikkelen brukes i tidligfasevurdering av kapasitet på anlegg for å dekke energibehov. Vi anbefaler at det gjennomføres en økonomivurdering av de aktuelle tiltakene. For luftbaserte varmepumpeanlegg og solvarmeanlegg bør det utføres beregninger på den valgte løsning.
 
I artikkelen er det kun sett på sammenhengen mellom effekt og energibehov, mens rapporten bak artikkelen også gjennomgår veiledende dekningsgrader for faktiske systemløsninger, som benyttes i boliger, barnehager og kontorer.
 
Lignende regneeksempler finnes for flere bygningskategorier, materialekvaliteter og systemløsninger i rapporten, som kan lastes ned gratis på både Lavenergiprogrammets og Erichsen & Horgens sine hjemmesider.