Mastestudent ved NTNU, Peder Moe, analyserte i sin prosjektoppgave det termiske energisystemet ved Justvik skole i Kristiansand

Analyserte det termiske energisystemet ved Justvik skole

Peder Moe, Masterstudent, NTNU:

0

Justvik skole i Kristiansand er bygget i passivhusstandard med fire geobrønner for vannbåren varme og frikjøling. I forbindelse med sin prosjektoppgave ved NTNU analyserte Peder Moe anlegget. Han presenterte sine funn på Varmepumpekonferansen 2019.

– Da jeg skulle bestemme meg for prosjektoppgave lette jeg etter et interessant tema innen varmepumpeteknologi, som også var knyttet opp til industrien. Jeg fant Justvik skole som med en gang slo meg som et veldig spennende prosjekt. Her benyttes en CO2-varmepumpe for alle oppvarmingsformål, og er blant de første byggene i Norge med en slik løsning. Skolen er bygget etter en OPS-avtale mellom Veidekke og Kristiansand kommune, som gjør at Veidekke, som står for FDV av skolen, har en ekstra interesse av at den driftes godt, sier Moe.

Moes veileder ved NTNU ble Jørn Stene som er ekspert på bruken av CO2 og varmepumper generelt. I tillegg har Tor André Monan, RIV for anlegget, vært hjelpsom og brukt mye tid for å bistå og besvare spørsmål om anlegget.

Bergvarmepumpe med CO2
En væske/vann-bergvarmepumpe med CO2 som arbeidsmedium benyttes for varmtvannsberedning, romoppvarming, og oppvarming av ventilasjonsluften.

– Her er varmekursene seriekoblet for å oppnå lav returtemperatur tilbake til varmepumpen. Dette er nødvendig for god drift med høy COP og varmeytelse ved bruk av CO2-varmepumpe. Seriekobling er gjort med radiatorer som varmer opp andre etasje, deretter gulvvarme for første og til slutt ventilasjonsbatteri for både skolebygget og idrettshall. Dette sikrer lav returtemperatur, i området 18-30 grader, sier han.

Saken fortsetter under bildet:

Justvik skole. Foto: Kristiansand skole

– Varmepumpen er svært godt egnet for oppvarming av tappevann som her skjer parallelt og inkluderer også oppvarming av sirkulerende varmtvann. Retur fra varmeveksler til oppvarming av sirkulerende tappevann er høy nok til å gjenbrukes i prosessen. Etter hvert som bygg blir mer energieffektive blir andelen av energiforbruk til varmtvannsberedning høyere, og tradisjonelt dekkes ikke hele denne lasten av varmepumpen. Her hvor skolen er bygget etter passivhus-standarden, og med en stor idrettshall som benyttes utover skoletid, er det beregnet et høyt forbruk av varmtvann, sier Moe.

Godt datagrunnlag
Energisentralen som er utstyrt med energimålere og temperaturfølere ga et godt datagrunnlag som gjorde det mulig å analysere anlegget.

– Energimålere er utstyrt for hver av varmekursene samt varmepumpe og el-kjel. Her ble åtte måneder av første driftsår logget og undersøkt. Helt i begynnelsen var det litt oppstartsproblemer med varmepumpen som medførte en del nedetid, og senere også enkelte problemer med ventilasjonsanlegget. Dette er det justert for på best mulig måte i analysen. Årsvarmefaktor og energidekningsgrad er derfor ekstrapolert ut ifra målte verdier, sier han.

Lavere varmtvannsforbruk enn forventet
Et interessant funn i oppgaven var store avvik mellom prosjekterte og reelle verdier.

– Energiforbruket til romoppvarming ble målt til å være en del høyere enn simulerte verdier. Årsaken til dette er ikke grundig undersøkt, men i perioden er det benyttet høyere innetemperatur enn ved simulering. Dette kan delvis også skyldes bruksvaner som mye åpning av vinduer og dører, og større varmetap fra bygningskroppen enn prosjektert. I tillegg er kjølebehovet en del høyere enn prosjektert, men dette vil bare bidra til bedre drift vinterstid, siden mer varme tilbakeføres til berggrunnen ved frikjøling, såfremt det ikke blir for høy innetemperatur, sier Moe.

Et annet interessant funn var at forbruket av varmtvann ved skolen har vist seg å være langt lavere enn antatt.

– Her viser målingene at dette er en del lavere enn tabell-verdier fra NS3031 for denne typen bygg og langt lavere enn beregnet når det tas i betraktning økt forbruk ved dusjing etter gymtimer og treninger. I tillegg kommer størstedelen av forbruket fra gjenoppvarming av sirkulerende varmtvann, denne posten inkluderer også småtapping, som betyr at elevene faktisk dusjer langt mindre enn forventet. Dette tyder på at kunnskapsnivået generelt rundt varmtvannsforbruk er for lavt, sier han.

Avdekket feil på temperaturføler
Han forteller at varmepumpen presterte litt dårligere enn hva som var lagt til grunn i prosjekteringen av skolen, med SCOP på omtrent 3,0 og energidekningsgraden rundt 78 prosent.

– Tar man med i betraktningen at dette inkluderer varmtvannsberedning er dette fortsatt høyt, men altså lavere enn ønsket. Årsaken til den dårlige driften undersøkte jeg i oppgaven og det viste seg at temperaturføler på turvannet til varmepumpen viste 9 grader for lavt. Dette gjorde at varmepumpen varmet opp vannet mer enn sett-punkt og førte til feil intern regulering med for lavt gasskjølertrykk som resulterte i pinch-punkt i gasskjøler, sier han og legger til:

– CO2-gassen avkjøles da langt mindre enn hva som er mulig, noe som fører til dårlig COP og varmeytelse. Dette ble fikset for et par uker siden og driften siden da har vist betydelig bedre COP og varmeytelse. Verdiene på disse er økt med henholdsvis opp mot 15 og 20 prosent, og ligger nå nærmere hva som ble lagt til grunn i prosjekteringen. Faktisk energibesparelse gjenstår fortsatt å se.

Mye å lære av prosjektet
Moe forteller at anlegget viser at det er mulig å benytte CO2-varmepumpe for alle oppvarmingsformål og samtidig oppnå høy energibesparelse for et mindre bygg av passivhus-standard.

– Nå som HFK-gasser skal fases ut er det viktig å vite hvilke alternativ som finnes, og her er propan, ammoniakk og CO2 som naturlig arbeidsmedium aktuelle. Blant disse stiller COingen krav til sikkerhet og gjør dermed utførelsen av energisentral enklere og mer fleksibel, samtidig kreves litt planlegging for å utnytte potensialet, sier han.

– Analysen viser også at energiforbruk kan avvike i stor grad fra simulerte verdier med SIMIEN og tabell-verdier for bygningskategorien. Spesielt lavt forbruk av varmtvann tyder på at kunnskapsnivået på dette området kanskje er for lavt. Dette er tema for et forskningsprosjekt som pågår nå i regi av SINTEF. Som min oppgave viser er analyser av ferdigstilte anlegg også svært viktige med tanke på avdekking av feil, avslutter Moe.