Artikkelen er skrevet av Usman Ijaz Dar energirådgiver i Sweco.

Revisjon av NS3031: Tid for å fokusere på energisystemer

Fagartikkel: Usman Ijaz Dar, energirådgiver i Sweco

0

Bakgrunn
Både bygningsteknisk forskrift og NS3031 er nå i en endringsfase. Høringsutkastet til teknisk forskrift har foreslått å sette energiforsyningskravet til side. Forslaget er dårlig mottatt av de fleste høringsinstansene. Et av argumentene bak forslaget er at det er vanskelig å dokumentere energidekningsgrad. Sweco har i sin høringsuttalelse ment at direktoratet bør komme med bedre veiledning. I forbindelse med dette viste Sweco konkret metoden for hvordan kommer man fram til dekningsgrad og effektfaktor til varmepumpe. Nå er revisjon av NS3031 på høring og definerer omtalte metode som standardmetode. Sweco ser på dette som positiv utvikling og håper at DiBK ser at det er nødvendig både å forholde seg til levert energi og energiforsyningskrav.
Sweco mener at metoden vil bidra til at byggherrer med mye større grad av sikkerhet vil kunne velge gode/riktige produkter og velprosjekterte løsninger som ivaretar helheten til varmesystemet.

I denne artikkelen sammenligner jeg gjeldende utgave av NS3031 og metoden som ligger til grunn for høringsforslaget til ny NS3031.

Dagens standard «NS3031:2014» definerer «standard tall» for årsvirkningsgrad for forskjellige systemer og beskriver at effektfaktorer for varme og kjøle systemer må enten dokumenteres etter EN15316, ellers må «standard tallene» brukes.

Figur 1 viser disse «standard tallene» (effektfaktorer) for luft-vann og vann-vann varmepumpe definert av NS3031 etter hhv 2007-utgaven og 2014-utgaven. Figuren viser at den nyeste utgaven skiller effektfaktorer basert på høg, middels og lav temperatur anlegg. Ifølge standarden vil dette ta hensyn til valgte løsningen og vil gjør mulig å belønne et lavtemperaturanlegg. 


Figur 1: Varmefaktorer for VP for forskjellig anleggstemperaturer etter NS3031 utgave 2007 og 2014 (L/V står for Luft-vann VP og V/V står for væske-vann VP)

Siden varmpepumper kommer i flere varianter, blir effekfaktor avhengig av kilde, kuldemedium, kompressortype, anleggstemperatur, varmebehovfordeling, bygningstype og ikke minst prosjektering. Dermed er det ikke gitt at alle varmepumpene gjør det like bra og leverer samme effektfaktorer og dekningsgrad av bygningens varmebehov. I praksis er det svært sjelden at noen vurderer effektfaktoren etter EN15316 og bransjen forsetter å bruke standardtallene som fritt kan legges til grunn, kun basert på type kilde og anleggstemperatur. Denne artikkelen viser hvilken betydning dette kan ha for vurdering av aktuelle løsninger.

Varmepumpe vurdering etter EN15316
Erfaring viser at det er mulig å oppnå vesentlig bedre varmefaktorer ved velprosjekterte løsninger for varmepumper. Samtidig vet man jo at det er flere tabber som reduserer varmepumpens effektfaktorvesentlig. Derfor har Sweco laget et beregningsark som følger EN15316 og vurderer både varmefaktor og dekningsgrad til hvert enkelt prosjekt etter aktuell løsning. Denne artikkelen beskriver først beregningsmetode ihht. EN15316 og viser deretter optimaliseringsmuligheter mellom forskjellige løsninger.

EN15316 ligger som grunn til nye NS3031 forslag
EN15316 er en del av den europeiske standardserien som gir metoder for å evaluere virkningsgrader til forskjellige energisystemer. EN15316-4-1 gir metoden for å evaluere varmepumpens varmefaktor og standardisere nødvendige inndata, beregningsmetode og resultater. To av de viktigste forutsetningene er at den aktuelle varmepumpen er testet etter den teststandard som gjelder, dvs. EN14511, og at bygningens energibehov er beregnet etter NS3031.  


Figur 2 gir en oversikt over metoden, inndata, beregningsprosess og resultater.

I første steg tar beregningsarket som inndata timesverdiene for utetemperatur og energibehov for romoppvarming (f.eks. gulvvarme eller radiator) og ventilasjonsvarme. I tillegg settes varmebehov for varmtvann ved å definere profilmønster for forbruksvann.  Denne kan man sette ut i fra f.eks. SIMIEN beregninger.

I andre steg settes test data for aktuelt varmepumpe inn fra datablad som følger med varmepumpen. Hvis det ikke er tilgjengelig, settes datablad for liknende VP (med hensyn til kuldemedie og kompressor-type osv.). I dette steg defineres også varmeanleggets konfigurasjon, oppvarmingsbehov til gulvvarme og radiator med tur/retur temperaturer, vann-lager størrelsen og opplysning om hjelpeutstyr (f.eks. sirkulasjonspumper).

I nest siste steg deles varmebehov i flere vinduer etter utetemperatur, og varmefaktorer blir beregnet i hvert vindu. Metoden beregner levert energi til bygg for oppvarming ved å ta hensyn til forskjellige energibrukere på forskjellige temperaturer som f.eks. gulvvarme, radiator på forskjellig tur/retur temperaturer og variasjoner på kildetemperatur som f.eks. uteluft temperatur i tilfelle luft/vann varmepumpe. Energidekningen av spisslast er beregnet ved å ta hensyn til størrelsen, driftsgrensene og konfigurasjon til varmepumpe og tur-temperatur til varmeanlegget

I siste steg samles resultater fra alle beregningsvinduene og årlig dekningsgrad og varmefaktoren til valgte løsningen beregnes.

Vurdering av aktuelle prosjekter
Beregningsoppsettet har mange muligheter for å optimalisere forskjellige variabler. Det er brukt videre for forskjellige bygninstyper og viser store sprik i effektfaktorer og avvik fra standardtallene.  Figur 3 under viser effektfaktorer for en vann-vann VP vurdert for et kontorbygg, et skolebygg og en boligblokk 
for forskjellige anleggstemperatur (50-30°C og 60-40°C) og senere for varmepumper basert på forskjellige kuldemedier. Alle resultater er vist for 80% dekningsgrad av varmebehov (romoppvarming, ventilasjonsvarme og varmtvann behov).


Figur 3: Årsvarmefaktor for forskjellige bygg for vann-vann varmepumpe vurdert etter EN15316 metoden

Figur 3 viser at vesentlig bedre effektfaktorer kan benyttes etter grunding vurdering. Samtidig viser figuren påvirkningen av anleggstemperatur og forskjell i effektfaktorer mellom forskjellig bygg-typer. Riktignok bekrefter figuren at effektfaktorer forbedrer seg ved lavtemperaturanlegg men samtidig viser figuren at bygningstype og energistandard betyr like mye som anleggstemperatur. En VP for lavenergi skolebygg leverer bedre effektfaktor enn for passivhus kontorbygg og passivhus boligblokk. Årsaken til forskjellen ligger i forskjellig andel varmtvannsbruk i forskjellig bygg. Andel varmtvannsbehov for passivhus boligblokken, kontorbygg og skolebygg ligger henholdsvis på 73%, 51% og 35%. Resultater viser at større andel varmtvann fører til dårligere effektfaktor for VP.  Figur 4 viser mer av denne effekten for to av de samme byggtypene ved forskjellige energikrav; passivhus og TEK10. Resultatet blir dårligere årsvarmefaktor for VP ved strengere energikrav. Dette skyldes at ved redusert romoppvarmingsbehov må varmepumpen dekke større andel varmtvann på høytemperaturer.  


Figur 4: Årsvarmefaktor for kontorbygg ved forskjellig energistandard vurdert for vann-vann varmepumpe (etter EN15316 metoden)

Videre viser figur 5 påvirkning av forskjellig kuldemedier og produsenter på varmefaktoren for samme byggtype. Resultater viser så stor som 15% forskjell i varmefaktorer på grunn av kuldemedium og produsent valg. Oppsummering av resultater viser at det ligger tydelig forskjell i effektfaktorer av VP fra et prosjekt til annet prosjekt og betydelig avvik fra «standardtallene».


Figur 5: Årsvarmefaktor for kontorbygg for vann-vann varmepumpe ved forskjellig kuldemedium og leverandører

Konklusjon
Analyser viser store forskjeller i effektfaktorer for varmepumpe fra prosjekt til prosjekt. Resultatene viser at «standardtallene» i gjeldende NS3031 avviker til dels vesentlig fra prosjekterte løsninger, og at effektfaktorer for varmepumpe avhenger av flere variabler enn kun anleggstemperatur. Metoden gir byggherren muligheten for å se forskjell i prosjekterte løsninger og valgte produkter. Det vil medføre at bygninger med gode energiløsninger kan belønnes med bedre energimerker, og minst like viktig: bedre faktisk energiytelsen.
Beregningsoppsettet viser at foreslått metode gir gode muligheter for vesentlig bedre vurdering av energisystemer og derfor bør metodikken implementeres i bransjen. Vi håper at Standard Norge klarer å utforme en standard som ivaretar dette hensynet, og samtidig tar inn over seg den utfordring det er å gjøre metodikken allment tilgjengelig for bransjen. Det vil kreve et kompetanseløft for mange aktører.

Fakta om artikkelforfatteren: 
Artikkelen blir skrevet av Usman Ijaz Dar energirådgiver i Sweco. Dar har fått sin doktorgrad innen energiforsyning og klimatisering i bygninger fra NTNU i april 2014 og siden da jobber i Sweco i Bergen. Dar har arbeidet bredt med energisystemer blant annet varmepumpe, solfanger, solceller og forskjellige energilagring konsepter. Han har forsket på forskjellige energisystemer i sin doktoroppgave og viset påvirkning av brukeratferd på disse systemer i nullutslippsbygg.