– Varmesystem må holde like høy standard som bygningskroppen i passivhus, understreker Jørn Stene i COWI. Foto: Hilde Kari Nylund

Optimalisert varmeløsning for passivhusbarnehage

Aktuelt

0

På den vakre herregården Medbroen i Stjørdal skal en hundre år gammelt driftsbygning bygges om til gårdsbarnehage med passivhusstandard.

– Da skal selvsagt varmesystemet holde samme høye standard, understreker Stene, som har prosjektert varmeløsningen sammen med kollega Ole Øiene Smedegård. Barnehagen blir på ca 850 m2, og skal også ha kontorer og møterom. Siden bygget er gammelt og ærverdig, gjelder det å beholde mest mulig av særpreget. Det gir noen spesielle utfordringer, men selve prosjekteringen av varmeanlegget viser likevel tydelig hvilke utfordringer bransjen må løse i forhold til passivhus, ifølge Stene.

1. Utgangspunktet: Beregn effekt- og energibehov
Forutsetningen for å prosjektere ethvert godt varmeanlegg, er selvsagt å sørge for god oversikt over energi- og effektbehovet.
– Behovet for energi til romvarme, oppvarming av ventilasjonsluft og varmt tappevann er dimensjonerende forhold for anlegget, sier Stene, og opplyser at COWI bruker Simien til disse beregningene.
– Det er vanligst. I utgangspunktet er det noe forenklet program, men det er brukbart til energiberegninger. Effektbehovet beregnes manuelt, forteller han.

2. Velg energikilde
Det første valget handler om energikilde. Byggherren hadde vurdert mange alternativer, som solfangere, pelletskjel og varmepumpe.
– Hvis barnehagen skulle hatt solfangere, måtte de ha vært plassert på taket. Men det var uaktuelt fordi taket er verneverdig, opplyser Stene. Pellets ble vurdert som lite praktisk av byggherren, blant annet fordi det krever mye lagringsplass og ikke kunne gjøres helautomatisert.
– Dermed ble det varmepumpe, og slik kom vi inn i bildet, forteller Stene, som opplyser at COWI også har gjort brann og VVS-prosjektering for barnehagen.

Neste valg var type varmepumpe.
– Bergvarme var uaktuelt fordi det er mye leire i grunnen. Derimot er det gode forhold for jordvarme, og vi får på plass ei kollektorsløyfe med tilstrekkelig lengde, forteller Stene.

3. Velg av distribusjonsløsning
Neste valg er varmedistribusjon. For passivhus er det ekstra viktig å sikre enkle og robuste løsninger som ikke gir overtemperatur, og som lar seg regulere godt.
– Når du har varmepumpe, bør du i utgangspunktet ha et lavtemperatursystem for å oppnå høy effektfaktor (COP) og dermed høyest mulig energisparing, poengterer Stene. Gulvvarme er veldig gunstig for driftsøkonomien. Passivhus har lavt varmeeffektbehov slik at gulvvarmesystemet kan dimensjoneres for veldig lav turtemperatur.

– En turtemperatur ned mot 30 °C gjør at det nesten er selvregulerende, sier Stene. Han legger til at det også er viktig å vurdere hvilke rom som trenger varmeleveranse, og sørge for fleksibilitet i forhold til framtidige bruksendringer når valg av distribusjonsløsning skal tas.

Gulvvarme må selvsagt legges riktig, med nok rør og riktig avstand mellom dem.

Forenklet radiatorsystem
Kostnad er selvfølgelig en viktig faktor for valg av distribusjonsløsning.
– Jeg ønsket et fremtidsrettet og godt varmeanlegg til lavest mulig pris, understreker  oppdragsgiver Hjørdis Thyholt. Ole Smedegård i COWI beskrev et forenklet lavtemperatur radiatorsystem,  forutsatt hensiktsmessig gulvbelegg som isolerer godt slik at det ikke føles kaldt. Det er spesielt viktig med god termisk komfort i barnehager hvor ungene tilbringer mye tid på gulvet.

– Vi tok fatt i de tingene vi vet gir utslag, og prøvde å få til et kompakt anlegg med minst mulig fysisk utstrekning. Ledningsnett og radiatorer er jo de kostnadsbærende postene, poengterer Smedegård, som skrev sin masteroppgave nettopp om dette temaet. http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:536462/FULLTEXT01.pdf**


BILDE: RadiatorRør.jpg

Kompakte anlegg er gunstig fordi radiatorer og ledningsnett er de kostnadsbærende postene.
– Sammen med byggherren prøvde vi å tilpasse møblering og romdeling for å få et energi- og kostnadseffektivt anlegg. Ved å endre litt på romdeling, kunne vi redusere distribusjonsnettets utstrekning, utdyper Smedegård. Han prosjekterte en hovedføring gjennom bygget som dekket både første og andre etasje.

– Det var også rom i utkanten av bygget som hadde veldig små varmebehov, for eksempel et lite baderom med dusj. Der foreslo vi elektrisk panelovn for å kutte ned anleggets utstrekning, opplyser Smedegård. I tillegg droppet han isolering av rør i store deler av anlegget.
– Dette er selvsagt viktig å se i sammenheng. Hvis du har rørføringer gjennom rom uten varmebehov, bør du selvsagt isolere, understreker Smedegård.

Framfor alt mener han det er viktig å tenke enkelt, gripe tak i de tiltakene som virkelig monner og ikke bruke timesvis på et så lite anlegg. Forslaget la opp til enkel styring med enkle radiatortermostater, bruk av målepunkt framfor innreguleringsventiler der dette var hensiktsmessig,  og 50/40-anlegg i stedet for 60-40-anlegg, som er vanligst. 
– Med 10 °C temperaturforskjell på kaldeste dag regulerer radiatorventilene mye bedre enn ved 20 °C forskjell, ettersom i vannmengden blir dobbelt så stor, poengterer Smedegård.

Gulvvarmesystem til slutt
Han får likevel ikke glede av å se anlegget utprøvd i praksis, fordi oppdragsgiver Thyholt fant fram til en gulvvarmeleverandør med smart løsning og gode priser: Top VVS AS.
– De forslo en løsning med enkel legging av gulvvarme, og mente dette ville bli rimeligst og best. Løsningen er smart, med stifting av varmerørene direkte på isolasjonsplatene i første etasje, og i trinnlydsplater over trebjelkelaget i andre etasje, forklarer Thyholt.

COWI kvalitetssjekket løsningen, og oppgir at den er testet av Sintef.
– Leggemetode drar ned kostnaden. For andre etasje kom de ut på ca halve kostnaden av løsning med konvensjonelle trinnlydsplater med spor i, opplyser Smedegård. 

Selv om leggemåten er mer effektiv, er selve gulvvarmesystemet konvensjonelt.
– Det er en kjent og robust varmeløsning som i tillegg er veldig gunstig for varmepumpa, fastslår Smedegård.

– Jeg er veldig glad for at vi har valgt denne modellen, som vil gi lune gulv uten sjenerende radiatorer, lavere trinnlyd mellom etasjene og et system som utnytter jordvarmeanlegget optimalt, understreker Thyholt.

4. Sørg for høy kvalitet i alle ledd
Når de tre valgene ovenfor er tatt, er det viktig å sikre høy kvalitet på varmepumpeanlegget.
– Blant annet betyr det varmepumpe med energieffektiv kompressorregulering og høyeffektive komponenter, sier Stene. Han opplyser at anlegget i Stjørdal får ei 13 kW væske til vann-varmepumpe fra Daikin med turtallsregulert kompressor og elektronisk strupeventil. Anlegget oppnår  veldig høy effektfaktor både på fullast og dellast, og produsenten oppgir en årsvarmefaktor (SPF) mellom 4,5 og 5,0 ved varmeleveranse til et lavtemperatur gulvvarmesystem.

– Med varmtvannsberedning blir imidlertid årsvarmefaktoren en del lavere, poengterer Stene.  Tilbudsdokumentet spesifiserte en systemløsning for  mest mulig energieffektiv varmtvannsberedning; “totrinns”-løsning  med forvarming fra varmekretsen og ettervarming med overhetningsvarmeveksler. (Se figur). Det anlegget som blir installert, dekker imidlertid varmtvannsbehovet ved varme fra kondensatoren. Stene sier det ikke er en optimal løsning, men akseptabelt fordi varmtvannsbehovet er relativt lite.


varmeløsningerpassivhus.jpg
Prinsippskisse for overhetningsvarmeveksler for ettervarming av varmt tappevann.
Kilde: Jørn Stene.

– Vi ønsker også den høyeste energiklassen på pumper, det vil si pumper med permanentmagnet-motor. I passivhus er det særlig viktig å få ned alle de såkalte parasitt-tapene. Dette er også helt i tråd med EUs Økodesign-direktiv, understreker Stene. Best mulig kollektortype for jordvarmesløyfa ble også spesifisert for å oppnå best mulig driftsforhold for varmepumpen.
– Turbulenskollektorer gir bedre varmeovergang og lavere trykktap enn glatte kollektorer, sier Stene. Anlegget blir utstyrt med to parallelle kurser for jordkollektoren for å hindre for store trykktap. Riktig og god utførelse er også forutsetninger for å sikre høy kvalitet. 
– Mange detaljer er viktige, for eksempel å pakke jorden godt inntil kollektorslangen når den installeres i bakken, isolere godt gjennom vegg ut til kollektorslangen, og sikre at kollektorslangene går i god avstand fra vegg. Jeg har vært borti setningsskader på mur fordi slangene fryser på utsiden, forteller Stene.


turbokollektor.jpg
Små riller på innsiden av turbo-kollektorrørene skaper turbulent strømning og bedre varmeopptak.

5. Legg til rette for frikjøling
Stene mener også det er fornuftig å legge til rette for frikjøling i passivhus med varmepumpeløsninger med fjell, vann eller jord som varmekilde.
– Det gir fleksibilitet i forhold til inneklima. Risikoen for overtemperatur er stor, særlig i bygg med kombinert bruk, og som her et trebygg med lite termisk masse. Midt i pollensesongen bør du ikke åpne vinduer, sier han. Barnehagen skal også ha kontorer, og anlegget tilrettelegges slik at det blir mulig å koble til kjøleløsning hvis behovet oppstår.
– Vi legger opp til en forenklet kjøleløsning. Ved å sette stusser på kollektorslangen, er det bare å koble på et enkelt rørsystem og et par viftekonvektorer. Det blir veldig effektiv kjøling med effektfaktor på rundt 30. Og frikjøling er fornybart, poengterer Stene. For bergvarmeløsninger vil tilbakeført varme dessuten lade borehullene.

6. Legg til rette for oppfølging og god drift
Både varmemengdemåler og EOS-anlegg er viktig for å sikre at varmeanlegget fungerer som planlagt når det settes i drift. COWI har også spesifisert TA-ventiler på frostvæskekretsen.
– Slik kan vi sikre at vi har riktig mengde og optimale strømningsforhold i kollektorene, poengterer Stene.

Les mer om ombyggingen av barnehagen her
Krevende ombygging til gårdsbarnehage

 

Driftsbygningen på herregården Medbroen i Stjørdal