Bachelor ProjektIntern udnyttelse af overskudsvarme

Mike Jensen & Simon Gormsen

Titelblad

Titel: Bachelor Projekt

Undertitel: Intern udnyttelse af overskudsvarme

Problemformulering:

Hvordan og i hvilket omfang kan overskudsvarmen fra frekvensomformerne udnyttes til

rumopvarmning af lokalerne på gastransmissionen i Egtved – og kan implementering af en

varmepumpe forrentes hurtigere end afdelingsleder Per Stangholms grænse på 10 år?

Forfattere:

Simon Gormsen Mike Jensen

E20131010 G20132010

Antal Anslag: 70.274

Dato for aflevering: 9/12-2016

Institutionens navn: FMS – Fredericia Maskinmester Skole

Fag: Bachelor opgave

2

3

Abstract

This project addresses whether it is possible and financial attractive to exploit waste heat

from liquid cooling inverters to supplement of room heating at Energinet.dk Egtved.

Before the cooling water from the inverters can be used for heating, the temperature must be

raised by a heating pump. It will be examined how far down the inlet temperature can go, how

much gas can be saved at the current boilers, the cost of a complete installation and the length

of repayment period.

By examination the compressors future, we discovered that the platforms on the Tyra field

either have to review a 3 year renovation or a permanent shutdown.

When the Tyra platforms are shut down there is a guaranteed running of 1 compressor and by

that waste heat available. If the platforms are operating, the future running of the

compressors will be reduced and it will not be attractive to invest in a heat pump solution.

Calculations show that the heat pump solution has a repayment period of between 46 and 54

months, when the uncertainty calculations are taken into consideration. The repayment

period is therefore longer than the 3 year period the Tyra platforms for certain are out of

function. That makes it difficult to give a precise recommendation about whether the heat

pump solution should be installed or not.

4

5

Indholdsfortegnelse

1. Indledning.............................................................................................................................5

2. Metode – og teoriafsnit.......................................................................................................102.1 Teori.....................................................................................................................................................................................13

3. Analyse og resultater..........................................................................................................163.1 Fremtidig drift af kompressorerne........................................................................................................................16

3.1.1. Lukning af Tyra........................................................................................................................................................ 173.1.2. Gas flow fra Ellund på månedsbasis................................................................................................................ 18

3.2 Varmepotentiale fra VSD............................................................................................................................................203.3 Dimensionerende varmetab......................................................................................................................................213.4 Historik af gasforbrug til opvarmning..................................................................................................................243.5 Varmepumpens effekt bestemmes.........................................................................................................................263.6 Betydning for varmepumpens COP........................................................................................................................273.7 Opbygning af varmeanlæg.........................................................................................................................................30

3.7.1 Sænkning af fremløbstemperatur.......................................................................................................................... 333.7.2 Sænkning af fremløb i varmedistribution........................................................................................................... 343.7.3 Sænkning af fremløb i SB1......................................................................................................................................... 35

3.8 Tilslutning......................................................................................................................................................................... 373.8.1 Nuværende VSD tilslutning til VSD-køler............................................................................................................ 383.8.2 Varmepumpens tilslutning til varmeanlæg.......................................................................................................393.8.3 Varmepumpens tilslutning til varmeanlæg.......................................................................................................41

4. Tilbud på installation...........................................................................................................424.1 Gennemgang af tilbud på varmepumpe og varmevekslere - Weishaupt...............................................42

4.1.1 Implementering af VP i kedelrum.......................................................................................................................... 444.1.2 Varmeveksler................................................................................................................................................................... 45

4.2 Dimensionering af rørføring imellem VSD’er....................................................................................................464.3 Isolation af rørføring.................................................................................................................................................... 484.4 Tilbud på rør.................................................................................................................................................................... 494.5 Tilbud på ventiler...........................................................................................................................................................494.6 Tilbud på montage.........................................................................................................................................................49

5. Økonomi.............................................................................................................................505.1 Anvendelse af graddage..............................................................................................................................................515.2 Tilbagebetalingstid........................................................................................................................................................52

5.2.1 Afgift på udnyttelse af overskudsvarme.............................................................................................................. 525.2.2 Energitilskud................................................................................................................................................................... 54

5.3 Beregning af tilbagebetalingstid..............................................................................................................................55

6. Diskussion...........................................................................................................................58

7. Konklusion..........................................................................................................................59

8. Kilder..................................................................................................................................60

6

1. IndledningUnder praktikopholdet ved gastransmissionen i Egtved, blev vi præsenteret for et projekt hvis

formål var at udnytte intern overskudsvarme fra væskekølede frekvensomformere, som

supplement til rumopvarmning af afdelingens bygninger. Bygningerne opvarmes i dag

udelukkende vha. 2 stk. (pga. redundans) 450 kW kondenserende gaskedler der levere en

fremløbstemperatur på op til 80 grader.

For indledningsvis at få en forståelse for opbygningen af gastransmissionen- og de i rapporten

videre brugte betegnelser, vises nedenfor på figur 1 en oversigtstegning.

Figur 1 - Gastransmission Egtved

Som det fremgår på figur 1 består gastransmissionen af henholdsvis base og drift bygninger.

Basen består hovedsagelig af kontor og lager faciliteter. Drift bygningerne består af

servicebygningerne 1 og 2 (SB) og de 4 gaskompressorer. Gaskompressorerne har til formål

at opretholde et gastryk på 70-80 bar i det danske gas transmissionsnet. Kompressorerne

yder hver en max. effekt på 5,4 MW og leverer et flow på 350.000 m3 gas/timen.

Kompressorerne kan omdrejningsreguleres vha. frekvensomformere (VSD), som alle er

placeret i SB1. VSD’erne afgiver deres varme til et kølerarrangement på taget af SB1 (VSD

køler 4 er markeret på figur 1), hvilket resulterer i at varmen VSD’erne i dag ledes direkte til

7

det fri og det er netop denne overskudsvarme der ønskes udnyttet, således at gasforbruget til

opvarmning kan reduceres.

Figur 2 – Temperatur på kølevand fra VSD - Kilde: Bilag 2

Som det fremgår på figur 2 ovenfor, afgiver VSD’erne kølevandet med en temperatur på 31,2

° C ved fuld kompressorbelastning. For at varmen fra frekvensomformerne kan udnyttes til

rumopvarmning er det derfor nødvendig at hæve temperaturen vha. en varmepumpe. Da de

nuværende installerede kondenserende gaskedler har en alder på 4 år og en god

virkningsgrad på 95,5% (fremgår på figur 9) ønskes det ikke at varmepumpen skal erstatte

gaskedlerne, derimod ønskes at varmepumpen skal tage grundlasten således at gasfyret kun

skal supplere når varmepumpen ikke kan levere tilstrækkelig effekt.

Da gastransmissionen er er del af Energinet.dk, haves ikke de samme holdninger til

tilbagebetalingstider på energioptimerings investeringer, der har en positiv indflydelse på

miljøet, som i andre virksomheder. Det skyldes at der i Energinet.dk er en holdning til at en

grønnere profil godt må koste penge, da det giver en god signalværdi til omverdenen. Derfor

er det økonomiske kriterium for investering en tilbagebetalingstid der er kortere end 10 år –

jf. afdelingsleder Per Stangholm. Problemstillingen fører til følgende problemformulering:

Hvordan og i hvilket omfang kan overskudsvarmen fra frekvensomformerne udnyttes til

rumopvarmning af lokalerne på gastransmissionen i Egtved – og kan implementering af

en varmepumpe forrentes hurtigere end afdelingsleder Per Stangholms grænse på 10 år?

For at opnå en god COP (Coefficient of performance) med en varmepumpe, gælder det om at

holde fremløbstemperaturen på et lavest muligt niveau, da varmepumpen på den måde skal

arbejde mindre, hvilket kan illustreres på et log p, h diagram, som fremgår i bilag 3. Men

eftersom varmeanlægget er dimensioneret efter at fremløbet fra gaskedlen er på 80 ° C i de

8

kolde perioder, må det forventes at en reduceret fremløbstemperatur vil give udslag i at inde

temperaturen ikke kan holdes på det ønskede niveau i vinterperioden.

Gevinsten ved at installere varmepumpen på gastransmissionen er hovedsageligt at det

nuværende gasforbrug reduceres hvilket bla. indebære at der udledes mindre CO2 og at

opvarmningen får en mere grøn karakter. Eftersom kølevandet har en temperatur på over 30

° C, hvilket er væsentlig højere end jordvarmepumpers tilgangstemperatur på brinen, er

forholdene gunstige for at varmepumpen opnår en høj COP - hvilket er medvirkende til en

kortere tilbagebetalingstid. Ligeledes gælder det om ikke at vælge varmepumpen for stor,

selvom det ønskes at den skal kunne forsyne størstedelen varmebehovet i vinterperioden. Det

skyldes at investeringen på den større varmepumpen som regel ikke står mål imod den

besparelse der kan hentes i reduceret supplerende forbrug af olie, gas eller lignende

brændsel. For at øge investeringspotentialet på varmepumpen gælder det derfor om at opnå

mange drift timer.

Som følge af overstående er hypoteserne:

Vi forventer det vil være nødvendigt at anvende de nuværende gaskedler til at hæve

varmepumpens fremløbstemperaturer i de kolde perioder, da varmeanlægget ikke er

dimensioneret til at kunne afgive den dimensionerede effekt ved en reduceret

fremløbstemperatur som varmepumper typisk levere.

Vi forventer at en varmepumpeinstallation vil have en tilbagebetalingstid på mindre

end 10 år, som er det økonomiske kriterium for investering.

For at kunne besvare problemformuleringen og eftervise hypoteserne skal der laves en række

undersøgelser. De anvendte metoder beror på indhentning af data fra intern personel i

Energinet.dk, behandling af gasforbrugsdata til kedlerne, anvendelse af datablade for

VSD’erne og gennemgang af dimensioneringsgrundlaget for varmesystemet. Metoderne

udspecificeres i det følgende metode afsnit.

Den videre struktur i rapporten består primært af 3 hovedoverskrifter, som henholdsvis er et

analyse og resultat afsnit, et tilbud på installation afsnit og et økonomi afsnit.

”Analyse og resultat” afsnittet starter ud med at få bestemt den fremtidige kompressordrift da

det er nødvendigt at vide hvor meget varme fra VSD’er der kan regnes med at være

9

tilgængeligt. Efterfølgende analyseres gashistorikken for de foregående 3 år, for at få et

indtryk af hvor meget energi der årligt anvendes til opvarmning af bygningerne. Herefter

bestemmes størrelsen på varmepumpen, efter en i metodeafsnittet beskrevet metode.

Efterfølgende analyseres det nuværende varmesystem, for at få klarlagt hvor langt ned

fremløbstemperaturen kan sænkes og varmepumpen stadig kan afgive sin varmeeffekt.

Herefter klarlægges hvordan VSD’erne skal forbindes til varmepumpen, samt hvordan

varmepumpen skal opkobles til varmeanlægget og arbejde sammen med gaskedlerne. At

samarbejdet mellem varmepumpe og gaskedler er lavet rigtigt, er vigtigt for at sikre at det er

varmepumpen der kontinuerligt tager grundlasten og gaskedlerne derfor kun supplere når

varmepumpens afgivne effekt ikke længere er tilstrækkelig.

I ”Tilbud på installation” afsnittet skal der indhentes tilbud der dækker komplet installation

og montage af hele anlægget. Anlægsomkostningerne skal senere bruges til at kunne beregne

tilbagebetalingstider. For at have tilstrækkelig materiale til at kunne foretage de økonomiske

beregninger, skal det ligeledes bestemmes hvordan den fremtidige fordeling af

energiforbruget til opvarmning er imellem elforbrug til varmepumpen og gas forbrug til

gaskedlerne.

I rapportens økonomiafsnit, klarlægges de gældende afgiftsregler indenfor intern udnyttelse

af overskudsvarme. Derudover vil der foreligge en beskrivelse af energitilskud der kan søges,

når der laves energibesparende initiativer som installation af en varmepumpe er omfattet af.

Afslutningsvis rundes økonomiafsnittet af med beregninger af tilbagebetalingstider, hvori der

laves usikkerhedsberegninger der tager højde for at det beregnede gasforbrug kan være både

større og mindre end det beregnede. Usikkerhedsberegningerne laves for at tage højde for de

antagelser der i løbet af rapporten er lavet. Det medfører at økonomi afsnittet vil ender ud

med 3 tilbagebetalingstider; en beregnet, en optimistisk og en pessimistisk.

10

For at kunne indsamle den nødvendige data der ligger til grund for rapportens beregninger og

konklusion vil vi gerne sige tak til:

Vores vejledere ved Energinet.dk:

-Per Stangholm Jakobsen - Afdelingsleder

-Michael de Oliveira Vorbeck - Driftsspecialist

-Dennis Østergaard Hansen - Driftskoordinator

Andre personer fra Energinet.dk:

-Helle Øgaard - Systemdrift Gas

-Jesper Palmus Hansen - M-tekniker

-Jørn Gade Jørgensen - Gruppeleder Gastransmission

-Hans-Jørgen Møller - Depatcher

-Linda Jakobsen - Bogholderi og Afregning El

-Henrik Ussing - Business Support

Andre:

-Stig Libori - FMS

-Mikkel Elkjær - Salgskonsulent Damstahl

-Anette Erdmann Kristiansen - Intern sælger Dansk ventilcenter

-Thomas Hansen – Intern salgs ingeniør, Weishaupt Fredericia

-Christian Miltenburg Caspersen - Channel Manager, Channel Management & QA

Customers & Markets fra Dong energy

11

2. Metode – og teoriafsnitIndledningsvis skal det undersøges hvordan den fremtidige drift på kompressorerne bliver.

Det undersøges ved at kontakte Helle Øgaard der er senioringeniør i Energinet.dk. Hendes

arbejdsopgaver opgaver består i at analysere på fremtidige drift scenarier der har betydning

for Danmarks gasforsyning. Det er væsentlig at vide hvor meget kompressorerne kommer til

at køre, da det jo er VSD’erne der skal levere varmen til varmepumpen.

Herefter skal der undersøges hvor stor en varmeeffekt en VSD afgiver - og ved hvilken

temperatur varmeeffekten er til rådighed. Disse oplysninger findes i FAT testen fra VSD’erne.

Det er nødvendigt at kende den afgivende temperatur på kølevandet, da den har indflydelse

på varmepumpens COP faktor. Den afgivne varmeeffekt er væsentlig i forhold til at kunne

definere de øvre grænser for varmepumpens størrelse- her menes at hvis det viser sig, at der i

fremtiden kontinuerligt skal køre 2 kompressorer ved fuld last, vil den øvre grænse for

tilgængelig varmeeffekt være givet ved den varmeeffekt der overføres til kølevandet fra 2

VSD’er.

Varmepumpen skal have en størrelse der gør at den er i stand til at tage grundlasten, men skal

omvendt ikke være så stor at investeringsomkostningerne gør at tilbagebetalingstiden bliver

unødig lang. For at få bestemt den rette størrelse, anvendes et diagram (se figur 3) som

varmepumpe virksomheden Weishaupt også dimensionere hybridløsninger efter:

12

Figur 3

På figur 3 fremgår en graf (A) der beskriver et sammenhæng imellem varmepumpens

procentvise størrelse i forhold til bygningernes varmetab og den derved følgende

dækningsgrad som varmpumpen ca. vil opnå i %. Som det fremgår på kurve A, aftager kurven

ved en dækningsgrad af varmebehovet på ca. 70%, hvilket er et udtryk for at varmepumpen i

forhold til dens størrelse, vil have den højeste dækningsgrad på varmebehovet - derfor

dimensioneres efter at ramme en dækningsgrad på 70%.

For at få et virkeligt billede af varmetabet, har vi fået Weishaupt til at lave en Gaspro rapport,

som vha. de indtastede oplysninger beregner en ”virkelig” varmetabs effekt der kan anvendes

til bestemmelse af varmepumpestørrelsen.

Når varmepumpestørrelsen er fastlagt, skal det beregnes hvor langt ned

fremløbstemperaturen kan sænkes, hvor imens at varmepumpens varmeeffekt stadig kan

afsættes i varmeanlægget. Hertil vil blive anvendt varmetransmissions teori, som bygger på

formlen:

P2P1

=(t f remløb.2−t r etur .2

ln( t f remløb .2−t i nde .2t retur .2−ti nde .2 )t f remløb.1−t r etur .1

ln( t f remløb .1−t i nde .1t retur .1−ti nde .1 ) )n

Formlen uddybes i det efterfølgende teoriafsnit. Det er væsentligt at holde

fremløbstemperaturen på et så lavt niveau som muligt, da den ligeledes har indflydelse på

varmepumpens COP faktor.

For afslutningsvis at kunne beregne tilbagebetalingstiden på varmepumpeløsningen, skal der

indhentes tilbud der samlet set omfatter en komplet installation. På den måde fastsættes den

komplette kostpris, derfor tages kontakt til virksomheder med kompetencer i salg og

installation af varmepumper.

For at kunne foretage de nævnte tilbagebetalingstids beregninger, skal det ligeledes

bestemmes hvor meget af gasforbruget der kan spares (kan omregnes til en besparelse i

kroner), og hvad det koster for varmepumpen at levere den gas besparede varmeenergi. For

13

at få bestemt fordelingen af varmeeffekt der tilføres fra varmepumpe og gaskedel kunne der

beregnes på bygningernes klimaskærme. På den måde ville det være muligt at beregne til

hvilket udetemperatur niveau varmepumpen alene ville kunne varmeforsyne bygningerne.

På den måde kan fordelingen af tilført varmeeffekt fra gaskedlen og varmepumpen

bestemmes ved anvendelse af graddage data. Men da det er et stort arbejde at lave

beregninger på alle bygningernes klimaskærme og der er usikkerheder i form af ukendte

kuldebroer, anvendes en anden metode der ligeledes beror på graddage data.

Den anvendte metode benytter henholdsvis graddøgnsdata og gasforbrugsdata fra 2014.

Vha. kendskab til energiforbruget til opvarmning og antallet af graddage i 2014, kan der

beregnes et lineært forhold imellem den nødvendige tilførte varmeeffekt pr. graddag.

Denne metode er ligeledes anvendt af sælgende og rådgivende varmepumpe virksomheder, til

at få belyst besparelses potentialet.

Ud fra det udregnede forhold kan den nødvendige tilførte varmeeffekt på dagsbasis beregnes

for et normaltår. Effektbehovet omregnes til et energibehov og hvis energibehovet

overskrider det varmepumpen alene kan levere, skal det resterende behov dækkes vha.

gaskedlerne. På den måde kan besparelsen på et normaltår beregnes når kostpriserne for

elektricitet og gas kendes. Det skal nævnes at der ved den anvendte metode ikke er taget

højde for solindfald og vindforhold som derfor er usikkerheder. Det er medårsag til at der

laves usikkerhedsberegninger, hvori der beregnes hvilket udslag et ændret forbrug af gas på

+/- 15% vil have på tilbagebetalingstiden.

14

2.1 Teori

I løbet af rapporten vil der blive anvendt forskellige naturvidenskabelige teorier for at udføre

de i metoden nævnte beregninger. Indledningsvis vil formler fra termodynamikken blive

benyttet til at beregne aktuelle og kommende flow på nuværende cirkulationspumper.

Formlen der tages udgangspunkt i er Q=m∙ c ∙∆ .

Varmeafgivelse i varmeanlæg, med ændrede frem/returløbs temperaturer

Når det skal undersøges hvor stor en varmeeffekt varmeanlægget kan afsætte ved andre

frem/returløbs temperaturer end de nu anvendte, anvendes kendskab til varmetransmission.

Ved installation af radiatorer i en bygning vælges radiatorerne bla. ud fra at de skal kunne

afgive en effekt svarende til bygningens varmetab ved -12° C ved de gældende frem/returløbs

og inde temperaturer. På den måde fås at en given radiator er dimensioneret til at skulle

afgive en bestemt effekt ved et temperatursæt og det kan beskrives ved:

En given effekt Pradiator er gældende ved temperaturerne ( t f remløb− tr etur

ln( t f remløb−ti ndetr etur−t i nde ))n

Eksponenten ”n” er radiatorafhængig, men kan ifølge undervisningsmateriale til varmeanlæg

til ”DTU byg” uden større fejltagelse sættes til 1,31, hvilket antages i de følgende beregninger.

På samme måde som formlen er gældende for en radiatorer, er den også gældende for en

bygning, herved fås i stedet at bygningens varmetab er udtrykt ved det gældende

temperatursæt.

Hvis det ønskes undersøgt hvor meget effekt et varmesystem kan afgive ved ændrede

temperatur, kan det ligningsmæssigt beregnes ved:

1 www. vidensystem.dk/download.asp?fileID=20

15

P2P1

=( t f remløb .2−t r etur .2

ln( t f remløb .2−t i nde .2t r etur .2−ti nde .2 ) )n

( t f remløb .1−t r etur .1

ln( t f remløb .1−t i nde .1t r etur .1−ti nde .1 ) )n→

P2P1

=(t f remløb .2−t r etur .2

ln( t f remløb .2−ti nde .2t r etur .2−t i nde .2 )t f remløb .1−t r etur .1

ln( t f remløb .1−ti nde .1t r etur .1−t i nde .1 ) )n

Her refererer 1 tallet til de nuværende værdier for varmeanlægget og 2 tallet refererer til de

værdier hvor det ønskes undersøgt hvor stor en effekt der kan afsættes.

Graddage

Som beskrevet i metoden anvendes graddage data, til at estimere et anslået energibehov for

opvarmning pr. dag, da der på den måde kan tages højde for de daglige udslag.

Graddage er et udtryk for hvor koldt det har været og er derfor en indikation på hvor meget

energi der skal bruges til rumopvarmning. Definitionen på en graddag er som følgende:

En graddag er et udtryk for en temperaturforskel på 1 grad celsius fra den

indvendige middeltemperatur, som sættes til 17 ° C – og den udvendige

middeltemperatur over et døgn.

For at give et eksempel på overstående, er der ved en udvendig døgnmiddeltemperatur på 5

° C, 12 graddage på det pågældende døgn. Jo flere graddage der er pr. døgn, jo koldere er det,

og jo større vil opvarmningsbehovet dermed være.

Grunden til at den indvendige middeltemperatur sættes til 17 ° C, er at det antages at

varmeafgivelsen fra mennesker, elektronik og lys vil levere den resterende energi der skal til

for at opnå en inde temperatur på 20 °C.

De graddage der anvendes i denne rapport er ELO graddage, som er karakteristiske ved at der

tælles graddage alle årets 365 dag. Et normaltår i ELO systemet svarer til 3112 graddage, og

er baseret på graddage målinger fra 1975 til 1985.

Pumpeteori

Pumpeteori anvendes til at få dimensioneres rørinstallationen der forbinder VSD’erne med

varmpumpen. Her anvendes tryktabstabeller for forskellige rørdimensioner, som bruges til at

beregne det samlede differenstryk over pumpen i den længste sløjfe væsken kan strømme.

16

Kriteriet for valg af rørdimension, er at cirkulationspumpen kan levere det nødvendige flow

ved den beregnede rørmodstand.

17

Investeringsteori

I økonomiafsnittet udregnes investeringens tilbagebetalingstid ved hjælp af annuitets

beregning da der på den måde tages højde for renter. Udover renten er den årlige besparelse

til opvarmning ved at installere varmepumpen essentiel viden. Dette skyldes at jo større

besparelsen er, jo hurtigere vil investeringen + renter + nye udgifter i forbindelse med

implementeringen være afbetalt.

De anvendte metoder og teorier er nu belyst og analysedelen af rapporten begynder.

18

3. Analyse og resultaterI analyse og resultatafsnittet vil de i metodeafsnittet valgte metoder blive benyttet, for at finde

de delresultater der er nødvendige for at kunne besvare problemformuleringen. Først vil det

blive belyst hvilken fremtid kompressorerne driftmæssigt går i møde:

3.1 Fremtidig drift af kompressorerneFor at få belyst hvor meget energi der køles væk fra VSD’erne og dermed hvor meget energi

der er til rådighed til opvarmningsformål, skal det undersøges hvor meget kompressorerne

kommer til at drifte i fremtiden. Som det er i dag, har kompressorerne hver haft imellem 900

og 1100 drift timer på de 4 år de har været i drift. Det giver en gennemsnitlig årlig drift tid på

alle kompressorerne på i alt ca. 1000 timer. Dette svarer til at kompressorernes drift kun

udgør ca. 12% af årets 8760 timer. Den nuværende årlige drift tid taler imod at påbegynde

opbygning af et anlæg der udnytter overskudsvarmen fra frekvensomformerne, derfor skal

det i det følgende undersøges om der er forhold i Danmarks gasforsyning, der taler for at der i

fremtiden vil forekomme øget drift af kompressorerne.

For at få en forståelse for hvad ændringer i gasforsyningen har af indflydelse på

kompressorernes drift, er det nødvendigt at have et grundlæggende kendskab til opbygningen

af det danske gastransmissionsnet, som fremgår på figur 4.

19

Figur 4- Gastransmissionsnet i DK

Som det fremgår på figur 4 er kompressorstationen i Egtved centralt placeret i

transmissionsnettet. Det fremgår ligeledes at der er gasforbindelser til henholdsvis Nordsøen

(Nybro), Tyskland (Ellund) og Sverige. Det er forbindelserne fra Nordsøen (Tyra og Syd Arne)

der forsyner det danske transmissionsnet med dansk naturgas. Naturgassen fra Nordsøen

komprimeres til et tryk på omkring 90 bar på Tyra og 120 bar på Syd Arne. Det betyder at når

transmissionsnettet i Danmark kun forsynes med gas fra Nordsøen vil der ikke være behov

for drift af kompressorerne. Når der derimod importeres gas fra Tyskland, igennem den

sydlige ledning fra Ellund, skal kompressorerne startes da trykket på det tyske

transmissionsnet kun er på 55-60 bar.

1.2.3.

3.113.1.1. Lukning af TyraI medierne har der været meget snak om at Maersk overvejer at lukke gasfelterne Tyra Øst og

Vest, da produktionsudstyret er slidt og afstanden imellem havet og platform mindskes pga.

udvinding af gas fra undergrunden. Konsekvensen bliver at platformen permanent lukkes og

20

pilles ned – eller at der foretaget en omfattende renovering med en varighed på 3 år (2018 -

2021), hvor produktionen ligeledes er stoppet.

Efter korrespondance med Helle Øgaard, der arbejder i ”Systemdrift Gas” i Energinet.dk, er vi

kommet i besiddelse af en rapport der er udarbejdet for at beskrive konsekvenserne for

gasforsyningen i Danmark ved at Tyra lukker ned for vedligehold. Konsekvenserne vil

naturligvis være de samme hvis beslutningen bliver en permanent nedlukning.

På figur 5 ses et udpluk af rapporten der bekræfter nedlukningen pga. vedligeholdsarbejde:

Figur 5 – Udklip fra Bilag 4 (Nedlukning af Tyra fra 2018-2021)

På figur 5 fremgår ligeledes den energimæssige konsekvens af Tyra lukningen, det ses nemlig

at der gennemsnitlig mistes 95.000 MWh dagligt. Denne energimængde er et udtryk for det

gas flow der produceres fra Tyra. Da gasforbruget i Danmark ikke reduceres pga.

nedlukningen, vil importen fra Tyskland øges tilsvarende. Derfor er det interessant at

omregne den i figur 5 nævnte energimængde til et gas flow der skal importeres fra Tyskland,

da det vil give et kontinuerligt behov for kompressordrift (beregninger fremgår på Bilag 5):

356.928 m3

time

Da hver kompressor har en fuldlast kapacitet på 350.000 m3/time, betyder nedlukningen af

Tyra at 1 kompressor gennemsnitligt skal drifte med fuld kapacitet kontinuerligt.

Vi har dog brug for at vide om det angivede flow er aktuelt i vinterhalvåret, da det primært er

her der er behov for overskudvarmen, derfor undersøges i det følgende hvordan det forventes

at gas flowet fra Ellund fordeler sig over årets måneder.

21

3.1.2. Gas flow fra Ellund på månedsbasis I forbindelse med den varslede renovation eller kommende lukning af Tyra, er der i

Energinet.dk lavet prognoser der viser hvordan forbruget af gas fordeler sig over årets

måneder i 2019-2021, hvilket fremgår af nedenstående figur 6.

22

Figur 6 - Estimeret flow fra Ellund Kilde: Supply and demand without Tyra 2018-2021 (Bilag 4)

På figur 6 illustrerer søjlernes højde hvor meget gas der er behov for i det danske

gastransmissionssystem den pågældende måned. De forskellige farver på søjlerne viser

hvordan gassen er brugt. Det interessante for os er den sorte kurve, som er et udtryk for det

gasforbrug der forventes at skulle importeres fra Ellund og dermed angiver behovet for

kompressordrift.

Hvis det udregnes hvor stort et volumen gas, en gaskompressor ved fuld last kan komprimere

på en måned fås 252 mio. m3. Holdes denne værdi op i imod den sorte markering på figur 6,

fremgår at der som minimum vil være behov for at drifte en kompressor kontinuerligt i hele

vinterhalvåret. I sommer månederne vil behovet for gas fra Ellund knap svare til fuldlastdrift.

På basis af overstående gøres derfor ingen fejlagtige antagelser ved at der fremadrettet i

rapporten tages udgangspunkt i at der i vinterperioden vil køre 1 kompressor på fuld last – og

i sommerperioden vil behovet være lidt mindre. For at finde ud af hvor meget spildvarme der

er tilgængelig ved fuldlastdrift af en kompressor, skal kølesystemet til VSD’er i det følgende

analyseres:

23

3.2 Varmepotentiale fra VSD

For at få bestemt om VSD’erne afgiver effekt nok, til at kunne varmeforsyne basen og drift

bygningerne, skal det bestemmes hvor stor en varmeeffekt VSD’erne afgiver til kølevandet.

Fra VSD’ernes datablad fremgår det at der afgives en effekt på 260 kW til kølevandet ved fuld

belastning, se figur 7:

Figur 7 – Udsnit af datablad for VSD

Eftersom VSD’erne har en nominel effekt (Rated output power) på 6,4 MW og

kompressormotoren er på 5,4 MW, vil den effekt der afgives til kølevandet være mindre end

angivne 260 kW. Det antages at forholdet mellem afgivet effekt til kølevandet er proportionalt

med den effekt der leveres til kompressoren. Således fås en afgivet effekt til kølevandet for

hver VSD bestemt ved:

Hver VSD afgiver således 220 kW til kølevandet ved fuld last, som dermed er den varmeeffekt

der er tilgængelig i vinterperioden til varmesystemet. Som det fremgik af indledningen afgives

varmeeffekten ved en temperatur på 31,2° C, jf. FAT test (Factory Acceptance Test), som er en

performance test der foretages på frekvensomformeren imens den stadig er ved producenten.

MWMWkWP kølevandVSD 4,5

4,6260

_

kWP kølevandVSD 220_

24

Nu er det eftervist at der er i vinterhalvåret er 220kW varme til rådighed ved en temperatur

på 31,2 °C. For at finde ud af hvorvidt det rækker, vil det i det følgende undersøges hvor stor

en varmeeffekt bygningerne er dimensioneret til:

3.3 Dimensionerende varmetab

I dette afsnit bliver det belyst hvor stor den dimensionerende varmetabseffekt, som består af

transmissions og ventilationstab, er på henholdsvis basen og drift bygningerne.

Udgangspunktet for de foretagne beregninger er forskellige, eftersom der ikke ønskes samme

temperature i alle rummene.

På basen er beregningerne lavet på basis af at der skal kunne opretholdes en komfort

temperatur på 20 grader, når der udenfor er -12° C, hvilket er normale dimensionerings

betingelser i bygninger hvor der befinder sig mennesker.

I drift bygningerne er der ligeledes gået ud fra at den ønskede inde temperature kan

opretholdes ved en udetemperatur på -12° C. Den ønskede inde temperatur er dog noget

svingende fra rum til rum, da det f.eks. er formålsløst at VSD rummene er opvarmet til 20

grader, når fabrikanten oplyser at de blot skal stå i temperaturer imellem 5° C og 30°C (se

figur 8). I bilag 6 ligger dokumentation for hvilke temperaturer der er dimensioneret efter i

alle rummene på gastransmissionen.

Figur 8 – Temperaturkrav i VSD rum

25

Med udgangspunkt i de forskellige rumtemperaturer, er den dimensionerende

varmetabseffekt til base (Existing buildings), driftbygninger og kompressorer bestemt til:

Figur 9 – Dimensionerende varmetabseffekter

De anviste effekter giver en samlet teoretisk varmeeffekt på 450 kW, som er ca. dobbelt så

stor som den varmeeffekt der er til rådighed fra VSD’erne i vinterhalvåret. Det skal bemærkes

at gaskedlernes effekt stemmer overens med den dimensionerede varmeeffekt.

For at få det rette grundlag til at fastsætte en størrelse på en varmepumpe, har vi af

Weishaupt fået udarbejdet en Gaspro rapport, som ligeledes beregner bygningernes samlede

varmetab ved en udetemperatur på -12° C udfra parametre som; anvendt gas i en periode,

andel til varmt brugsvand, kedlernes indregulerings data og frem/returløbs temperaturer i

varmesystemet.

Ud fra Gaspro rapporten fås at den reelle varmetabseffekt ved fuld last kun udgør en effekt på

267 kW, ifølge figur 10 nedenfor:

26

Figur 10 - Gaspro rapport fra gaskedlerne på gastransmissionen

Den store forskel i de dimensionerede varmeeffekter skyldes ifølge Weishaupt at der i de

teoretiske varmetabsberegninger er mange sikkerhedsfaktorer og at den store forskel er en

generel tendens.

For at få et overblik over hvordan det virkelige varmehov er i løbet af året, analyseres i det

følgende på 3 års gasforbrugs historik til opvarmning.

27

3.4 Historik af gasforbrug til opvarmning

Der er siden etablering af gasfyrene foretaget en afmåling af det anvendte gas til opvarmning

en gang i måneden. Derfor haves komplette gasdata for årene 2013, 2014 og 2015.

På nedenstående figur 11 er gasforbruget for de respektive måneder divideret ud på det

pågældende antal dage i månederne, således vises et gennemsnitligt dagligt gasforbrug for de

anviste måneder:

Figur 11 – Gasforbrug på månedsbasis – Gasforbrugsdata fremgår i vedlagte Excel dokument i arket ”Gasforbrugs data”

Som det fremgår på figur 11 er gasforbruget meget svingende imellem sommer og vinter

perioder, hvilket naturligvis skyldes det øgede opvarmningsbehov i de kolde måneder. For at

kunne bruge overstående data, konverteres gasforbruget til det til varmesystemet tilførte

energi og den derved afgivne effekt. For at lave disse konverteringer skal energiindholdet i

naturgassen og gaskedlens virkningsgrad anvendes:

11,09 kWh/m3(2)

95,5 % virkningsgrad på gaskedler

Beregningerne er lavet sådan, at det viste energiforbrug på figur 12 er en gennemsnitsværdi

for den til varmesystemet tilføjede energi hver dag, den pågældende måned. På figur 13 er

energiforbruget omregnet til det effektbehov der er nødvendig for at kunne afsætte den på

figur 12 viste gennemsnitsværdi:

2 http://www.folkecenter.dk/mediafiles/folkecenter/energibesparelse/Energiindhold-i-braendsler.pdf

28

Figur 12 - Gennemsnitsværdi af energiforbruget til opvamning pr. dag

Figur 13 - Gennemsnitsværdi af den nødvendig tilførte varmeeffekt pr. dag

Det fremgår ud fra figur 12 at der i løbet af den periode der er lavet registrering af forbruget,

højest har været et gennemsnitlig dagligt energiforbrug på cirka 3.600 kWh. Hvis dette

energiforbrug omregnes til en kontinuerlig afsat effekt, svarer det ifølge figur 13, til at en

varmekilde på ca. 150 kW kan afsætte den nødvendige varmeenergi. Figur 13 virker

bekræftende på Gaspro rapportens beregnede varmetabseffekt, da det virker sandsynligt at

den koldeste vintermåned på årets påkrævede gennemsnitseffekt, er cirka halv så stor som

varmetabet ved -12 ° C.

Energiforbruget afspejler som nævnt en gennemsnitsværdi set over en måned, derfor vil der

være dage hvor forbruget er højere end andre, pga. koldere ude temperaturer og ændrede

29

vindforhold. I det følgende vil det blive bestemt hvor stor en effekt varmepumpen skal kunne

afgive:

3.5 Varmepumpens effekt bestemmesSom angivet i metoden ønskes varmepumpens størrelse valgt ud fra at den skal kunne forsyne

ca. 70% af det det årlige energibehov til varmeanlægget. På figur 14 fremgår den anvendte

graf A:

Figur 14 -Skema til at bestemme varmepumpens effekt ud fra ønsket dækning af varmebehov.

Ved anvendelse af varmetabs effekten på 267 kW og ønsket om at varmepumpen skal kunne

levere 70% af den årlige varmeenergi til bygningerne, fås at varmepumpen skal kunne levere

80 kW:

267 kW ⋅30%=80kW

30

Hvis den ovenfor beregnede varmeeffekt på 80 kW indtegnes i diagrammet hvor den

gennemsnitlige afsatte effekt fra varmeanlægget er tegnet, ser det ifølge figur 15, sandsynligt

ud at varmepumpen kan levere ca. 70% af varmeenergi til bygninger.

Figur 15 - Graf for den gennemsnitlieg afsatte effekt, beregnet ud fra gasforbrug.

Da varmepumpe producenterne ikke producere små varmepumper efter ønsker, må der ofte

gås på kompromis ved at vælge en der er lidt større eller mindre end det ønskede. Derfor vil

beregningerne på hvor langt fremløbstemperaturen kan sænkes, gå ud fra at der skal kunne

afsættes 90 kW i varmeanlægget. På den måde er der lidt mere elastik i den senere udvælgelse

af størrelsen når der skal indhentes tilbud fra producenter.

Da en varmepumpes afgivne effekt og derved COP bla. er bestemt af de temperaturforhold

varmepumpen operere i, vil de forhold der har indflydelse derpå, i det følgende blive

gennemgået, så de kan tilgodeses bedst muligt.

31

3.6 Betydning for varmepumpens COP

COP er en betegnelse der bruges for varmepumper og kølemaskiners virkningsgrad og er

derfor, for varmepumpen et udtryk for hvor meget varmeeffekt der afgives i forhold til den

optagne el effekt.

For at få nedbragt tilbagebetalingstiden på varmepumpe investeringen mest muligt, gælder

det som tidligere nævnt om at varmepumpen skal have mange drift timer – men det er

ligeledes væsentlig at varmepumpen er dimensioneret og idriftsættes efter de forhold der er

gældende på gastransmissionen. Derfor belyses i det følgende hvilke forhold der øger

varmepumpens COP, for at disse betingelser på bedst mulig måde kan tilgodeses.

For at kunne vurdere om den opnåede COP for en varmepumpe er fornuftig, kan den

sammenlignes med den teoretisk højeste opnåelige COP, som kan beregnes ud fra de

temperaturniveauer varmepumpen skal implementeres i. På nedenstående figur 16 fremgår

formlen for den teoretiske COP, COPCarnot:

Figur 16 – Kilde: Teknologisk institut

På figur 16 fremgår formlen for COPcarnot, hvor de i formlen indgående indeks refererer til:

TH : Leveringstemperatur = Fremløbstemperatur.

TL: Optage temperatur= Temperaturen på det medie varmepumpen henter varmen fra.

Ud fra formlen fremgår det hurtigt at for at opnå en høj COPcarnot gælder det om at have en høj

temperatur på det medie varmen hentes fra og en lav fremløbstemperatur.

32

På figur 17 fremgår at de bedste systemer har en COP der svarer til 60% af den teoretisk

opnåelige COPcarnot:

Figur 17 - Kilde: Teknologisk institut

På figur 17 fremgår ligeledes at forskellen imellem den virkelige og teoretiske COP er de

mekaniske og termiske tab i varmepumpen. Når der vælges en varmepumpe, har producenten

valgt hvilke komponenter varmepumpen består af. Det betyder at der som kunde ikke haves

indflydelse på valget af kompressor, motor, den valgte systemopbygning eller det anvendte

kølemiddel. Det betyder at varmepumpen kan være designet til at opnå gode COP-værdier i

helt andre temperatursæt end dem der er aktuelle. Hvis den aktuelle COP værdi derfor

vurderes til at være for dårlig, er der ikke andet at gøre end at finde en anden leverandør.

På figur 18 er vist en illustration over temperaturernes betydning for COP værdien:

Figur 18 – Kilde: Teknologisk institut

33

Her fremgår det også tydeligt at COP-værdien øges i takt med at forskellen på varmekilden og

fremløbstemperaturen mindskes.

Det er ved behandling af dette afsnit blevet synliggjort hvor vigtigt det er at

fremløbstemperaturen i varmeanlægget sænkes mest muligt for at der kan opnås en højest

mulig COP. Ligeledes er COPcarnot et godt redskab til at vurdere om en given varmepumpes

opnåede COP er acceptabel, eller om der skal findes en anden producent.

I det følgende vil varmeanlægget på gastransmissionen blive analyseret, for senere at kunne

bestemme hvor langt ned fremløbstemperaturen kan sænkes, for at opnå bedst mulig COP på

varmepumpen.

34

3.7 Opbygning af varmeanlæg

For at kunne beregne hvor meget fremløbstemperaturen kan sænkes, må det først undersøges

hvordan niveauet er nu. De nuværende gaskedler og varme distributionen er placeret i

kedelbygningen i SB1 og fremgår på nedenstående figur 19:

Figur 19 - Gaskedler og varme distribution i kedelrum.

Som det fremgår på figur 19, består varmedistributionen af et fremløbs og retur rør, som

kører parallel med gulvet til højre på billedet. De vertikale rørstrækninger består af tilløb og

returløb til gastransmissionens forskellige afdelinger og navngives i det følgende for

forgreninger. For at få et komplet overblik over temperaturniveauet i de forskellige

35

forgreninger, fremgår på figur 20 en komplet oversigtstegning over hele varmeanlægget med

angivelser af gældende fremløbs og returtemperaturer til alle forgreningerne.

Figur 20 - Oversigsttegning over varmeanlæg

36

Øverst på figur 20 fremgår gaskedlerne der forsyner det opvarmede vand til en 1000 liters

akkumuleringstank med en fremløbstemperatur på 80° C og en retur temperatur på 60° C. På

akkumuleringstanken fremgår det at der er 2 tilslutningsstudse der er beregnet til udnyttelse

af spildvarme, dvs. at varmeanlægget er forberedt til at få implementeret en varmepumpe.

Akkumuleringstanken forsyner efterfølgende varmedistributionen med 80° C

varmt vand. Fra varmedistributionen forgrenes vandet videre til SB1, SB2 og kompressorerne

med et temperatursæt på 65° C /45° C vha. en blandesløjfe – og basen forsynes med et

temperatursæt på 80° C /60° C.

Forgreningen der forsyner basen leverer det opvarmede vand til en varmeveksler på basen,

som opvarmer det kolde returvand i basens lukkede vandsystem. I varmeveksleren er et

temperaturfald på fremløbet fra primær til sekundærsiden på 5 kelvin, hvilket fremgår af

nedenstående figur 21:

Figur 21 - Varmeveksler på basen

Ligeledes er forgreningen til kompressorbygningerne tilsluttet en veksler hvori

temperaturfaldet er på tilsvarende 5 kelvin. Det betyder at vandtemperaturen der er

gældende på basen og i kompressorbygningerne er 5 kelvin lavere end deres

afgangstemperatur fra varmedistributionen.

Nu haves en forståelse for opbygningen af varmesystemet og fra figur 9 vides hvor stor en

varmeeffekt varmeanlægget er dimensioneret til at kunne levere til de forskellige

forgreninger. Derfor er det nu muligt at foretage beregninger på hvor langt ned

fremløbstemperaturen kan sænkes.

37

3.7.1 Sænkning af fremløbstemperatur I det følgende skal der undersøges hvor langt ned fremløbstemperaturen kan sænkes for at

varmepumpen opnår bedst mulig COP. Indledningsvis laves en beregning der viser hvor

meget af varmepumpens afgivne varmeeffekt der skal bruges ved hver forgrening. Denne

beregning er baseret på at varmepumpen skal levere den samme procentvise fordeling af

dens afgivne varmeeffekt til forgreningerne som gaskedlen gør. På figur 22 nedenfor fremgår

at når varmepumpen yder 90 kW, skal 44,6 kW af dens effekt afgives til basen:

Figur 22

Som det fremgår, tages der i disse beregninger udgangspunkt i den teoretisk beregnede

varmetabseffekt på 450 kW. Det skyldes at det er denne effekt varmeanlægget og dermed

også cirkulationspumperne er dimensioneret efter at skulle kunne levere ved de på figur 20

anviste temperaturer. En del af formålet med de følgende beregninger er nemlig at få

beregnet om de nuværende cirkulationspumper kan cirkulere den mængde vand der er

nødvendig for at den beregnede ”Varmepumpe andel” i figur 22 kan afsættes i forgreningen.

Der vil blive lavet beregninger på om følgende frem/returløbstemperaturer kan afgive

tilstrækkelig effekt i alle forgreningerne:

Mulighed 1: 40°/34°

Mulighed 2: 45°/39°

Mulighed 3: 50°/44°

Mulighed 4: 55°/49°

38

Grunden til at temperaturdifferensen imellem fremløb og returløb er 6 kelvin, er at de

varmepumper vi har haft i betragtning, opgiver deres COP ved en differens på 5-7 kelvin.

I det følgende skal det undersøges hvor langt ned fremløbstemperaturen kan sænkes. Der skal

for samtlige forgreninger dokumenteret at den varmeeffekt der leveres til hver forgrening fra

varmepumpen (”Varmepumpe andel” på figur 22), kan leveres uden at flowet overstiger det

pumperne er dimensioneret til.

3.7.2 Sænkning af fremløb i varmedistributionFørst skal det beregnes om cirkulationspumperne der cirkulere vandet fra

akkumuleringstanken til varmedistributionen kan levere det flow der er nødvendigt for at

varmepumpens effekt kan overføres ved de reducerede temperaturer.

Figur 23

I 2. kolonne på figur 23 (100% bel.) fremgår temperaturerne som de er nu. Disse oplysninger

bruges til at beregne hvor stort et flow cirkulationspumpen skal levere når der skal overføres

450 kW ved den angivne differens temperatur.

I kolonne 3-6 i nederste række, fremgår det nødvendige flow for at varmepumpens effekt på

90 kW overføres til varmesystemet. Som det fremgår er disse flows lavere.

Distributionspumperne kan derfor uden problemer overføre 90 kW ved de reducerede

temperaturforhold.

39

3.7.3 Sænkning af fremløb i SB1Som omtalt tidligere er det service bygning 1 der indeholder transformere, VSD’er, kedelrum

osv. Ifølge dimensioneringsbetingelser i bilag 6, svinger rumtemperaturerne imellem 5° C og

24° C, pånær baderummet er den højeste temperatur på 20° C. Derfor tager de følgende

beregninger udgangspunkt i en inde temperatur på 20° C:

Figur 24

På figur 24 fremgår at der, ikke overraskende, kan leveres mindst effekt ved det laveste

temperatursæt. Det fremgår dog at selv ved temperatursættene 40° /34° kan varmesystemet

afsætte 34 kW, hvor varmepumpens andel til SB1 kun udgør 16,2 kW.

For at få afsat varmepumpens andel til SB1, som er på 17 kW, skal cirkulationspumpen levere

et flow på 2,4 kubikmeter i timen, hvilket er væsentlig lavere end det maksimale flow

pumperne er dimensioneret til (3,7m3/h).

Af overstående kan det udledes, at 40° C /35° C temperaturforholdet er tilstrækkeligt til at

levere 17 kW til SB1 uden at overskride flow grænsen.

På nedenstående figur 25 vises resultatet af beregningerne for SB2, kompressorerne og

basen:

40

Figur 25 - Tallene fremgår i vedlagt Exceldokument i arket ”Fremløb beregninger”.

Som det fremgår på figur 25, er temperaturerne ved ”Mulighed 1” ikke tilstrækkelige ved

basen. Her fremgår det at der ved de angivne temperaturer kun kan afsættes 39 kW, hvilket er

5,5 kW for lidt i forhold til hvad varmepumpen skal kunne levere. Derimod er der ved

”Mulighed 2” mulighed for at afsætte væsentlig mere effekt end varmepumpen er i stand til i

alle forgreningerne, det betyder at fremløbstemperaturen skal være på 45°C, pga.

temperaturfaldet i veksleren på 5 kelvin. Ved mulighed 4 hvor fremløbet er 55°C fremgår at

der ved basen kun kan afsættes 51% af den dimensionerende varmetabseffekt. Det er et

udtryk for at varmepumpen skal højt op i temperatur, for selv at være i stand til at

varmeforsyne basen i vinterperioden.

På figur 25 fremgår ligeledes at flowgrænserne også er indenfor pumpernes dimensionerede

flow grænse. Hertil skal noteres at det maksimale flow der kan opnås i basens varmesystemet

uden det giver lydgener for de ansatte, i fællesskab med den fungerende varmemester på

basen - Jørn Gade, er fastsat til 6,9 m3/time. Det betyder at flowet i basen er indenfor de

definerede rammer.

I det følgende behandles hvordan overskudsvarmen fra VSD’erne forbindes til varmepumpen,

og hvordan varmepumpen forbindes til varmeanlægget:

41

3.8 Tilslutning

I dette afsnit vil det blive belyst hvordan VSD’erne skal forbindes til varmepumpen – og

hvordan varmepumpen skal tilsluttes det nuværende varmesystem.

Som tidligere nævnt er VSD kølerne placeret på taget af SB1, umiddelbart over det rum

VSD’en er placeret i. Placeringen af VSD-kølerne fremgår af figur 26:

Da varmepumpen skal tilsluttes det resterende varmesystem, vil det være oplagt at placere

den så tæt på kedelrummet som muligt, for at reducere unødig rørføring, pumpeenergi og

transmissions tab. På figur 26 fremgår det at kedelrummet fysisk er placeret imellem VSD

køler 2 og 3, dog tættest på 3’eren.

Figur 26 - Placering af VSD-kølere

42

3.8.1 Nuværende VSD tilslutning til VSD-kølerPå nedenstående figur 27 fremgår en af VSD’erne. Yderst til venstre er en af lågerne åbne ind

til kølevæske cirkulationssystemet.

Inde ved cirkulationssystemet er en 3-vejs termostatstyret ventil der regulerer på flowet af

kølevand der går til køleren på taget. Ventilen reguleres efter at returvandet har en

temperatur på 24 ° C. Rørføringen går fra cirkulationssystemet og op til taget, som det

fremgår på figur 28:

Figur 27 - VSD til gaskompressor

Figur 28 - Rørføring til VSD-køler

43

Eftersom at de forskellige rum i SB1 er brandsikret, skal enhver gennemførsel igennem

brandvæggen brandsikres. Hvis rørene fra alle VSD’erne skulle trækkes igennem bygningen til

kedelrummet, skal der laves 17 nye brandtætte gennemføringer. Derfor anses det som en

bedre - og billigere løsning at lave et rørsystem der forbinder VSD’erne på taget af SB1, da

gennemføringen til taget til kedelrummet allerede er lavet.

3.8.2 Varmepumpens tilslutning til varmeanlægFor at mindske risikoen for at kølekredsen tømmes pga. utætheder, etableres der ikke en stor

kreds, derimod vil hver kølekreds der på nuværende tidspunkt findes ved VSD’erne blive

bibeholdt. Varmen skal således ledes væk fra kølekredsen vha. en varmeveksler. På figur 29

vises princippet i hvordan varmen ledes væk fra VSD’erne:

På figur 29, er varmepumpen placeret imellem VSD 2 og 3, som svarer til en placering i

kedelrummet. Det skal bemærkes at der kun er indtegnet 1 VSD kreds af størrelsesmæssige

hensyn. Cirkulationspumperne under varmepumpen cirkulerer den afkølede brine ud til

varmevekslerne, for at den atter kan blive opvarmet.

Figur 29 - Rørføring der forbinder varmepumpen med VSD’erne

44

Den stiplede linje viser hvordan brine kredsløbet ser ud på nuværende tidspunkt. Derved

fremgår det at den eneste forskel er, at der på tilgangsrøret til VSD køleren, dvs. på taget af

SB1, indsættes en 3 vejs-ventil (VB1). De påtegnede ventilers funktion er som følgende:

”VV” ventilerne er placeret umiddelbart før tilgangsstudsen på vekslerne. Formålet

med ventilen er at der kun skal ledes brine igennem de vekslere der kan afgive varme,

dvs, hvor kompressoren kører. Dette reducere behovet for pumpeenergi, men sikre

også at der ikke cirkuleres brine igennem vekslere hvori der ikke overføres varme.

VB ventilen er placeret indenfor det stiplede område, hvilket betyder at det er en del at

den nuværende opsætning. Funktionen er den tidligere omtalte, altså at sikre at retur

temperaturen på kølevandet er på ca. 24° C.

VB1 ventilen er en 3 vejs ventil der monteres på taget, inden brinen fra VSD’en

strømmer igennem køleren. Dennes formål er at regulere på flowet til veksleren,

således at væsken har den rigtige temperatur ved tilgang til varmepumpen.

Temperaturen overvåges at den påtegnede temperaturtransmitter TT og holdes vha.

en temperaturregulering på et konstant niveau. Reguleringen er opbygget som vist på

figur 30.

Figur 30 - Reguleringssløjfe til VB1 ventilerne

Som beskrevet er det temperaturtransmitteren TT der fysisk er placeret ved indløb på

varmepumpen der sender signalet op til regulatoren hvorpå setpunktet er indstillet til 24°C.

Som det fremgår er reguleringen invers, dvs. at når temperaturen overstiger

setpunktsværdien, vil afvigelsen ”e” blive negativ og motorventilen VB1 vil få signal om at

lukke lidt, således at flowet og effekttilførslen til veksleren mindskes.

I det følgende beskrives det hvordan varmepumpen kobles til det eksisterende varmeanlæg.

45

3.8.3 Varmepumpens tilslutning til varmeanlægVed gennemgang af varmeanlægget blev det nævnt at der på akkumuleringstanken allerede er

anbragt tilslutningsstudse med den hensigt at forberede varmesystemet til udnyttelse af

overskudvarme. Ifølge råd fra Weishaupt er tilslutningen til denne tank en god løsning. Derfor

kobles varmepumpen til de på figur 31 viste flanger:

Figur 31 – Udskæring af figur 20

Ved installation af varmepumpen haves både varmeforsyning fra varmepumpen og

gaskedlerne. Her er det varmepumpen der skal køre som master, da den er billigst i drift.

På den måde sikres at det altid er varmepumpen der laver det første temperaturløft.

Når de kolde måneder kommer og varmebehovet overstiger varmepumpens ydelse, vil

temperaturtransmitteren i varmepumpens returføring registrere at temperaturen er under en

indstillet setpunktsværdi. Herefter gives signal til gaskedlen om at den skal starte indtil

returtemperaturen er oppe på det ønskede, hvorefter den fortsætter yderligere indtil en timer

indstillet værdi er opnået og derefter slukkes.

Det er nu specificeret hvordan varmepumpen skal forbindes til VSD’erne og til det

eksisterende anlæg. For at kunne dokumenter omkostningerne til installation af det ovenfor

beskrevne varmepumpeanlæg, har vi inviteret virksomheder med kompetencer indenfor salg

og montering af varmepumpeløsninger på besøg for at give tilbud.

46

4. Tilbud på installationFor at kunne udregne tilbagebetalingstider på dette projekt, skal der indhentes priser på

varmepumpe, varmevekslere, ventiler, diverse rørføring og montage. Det er desværre kun

lykkedes os at få indhentet et varmepumpe tilbud fra virksomheden Weishaupt, selvom vi har

haft kontakt med henholdsvis Cronborg, Solar, Farupsmede og Egtved smedje. Tilbuddet fra

Weishaupt inkluderer varmepumpe og dennes implementering i varmeanlægget og

tilhørende 4 stk. varmevekslere inklusiv montage ved VSD-kølerne.

Prisen på rørarbejdet der forbinder VSD’erne med varmepumpen skulle være kommet fra VJ-

rørteknik, men de fik ikke udarbejdet tilbuddet før vores deadline. Derfor har vi været

nødsaget til selv at indhente separate tilbud på rør, ventiler og montage.

I det følgende gennemgås tilbuddene.

4.1 Gennemgang af tilbud på varmepumpe og varmevekslere - Weishaupt

Tilbuddet fra Weishaupt fremgår i bilag 7 og indeholder en pris på varmepumpe, installation

af varmepumpe, elektrisk tilslutning af varmepumpen, cirkulationspumper på både kold og

varm side, styring til tænding af gaskedel og 4 stk. ventiler (VB1 ventilerne på figur 29) og 4

stk. varmevekslere inklusiv montage på VSD’erne. Alt dette har en samlet pris på 543.865,52

kr. plus moms.

Varmepumpen som er indbefattet af tilbuddet er en WWP S 50 ID. I det medfølgende datablad

(Bilag 8) fremgår diagrammer, hvori varmepumpens afgivne varmeeffekt kan aflæses ud fra

de gældende temperaturer på brine-inlet og ønsket fremløbstemperatur, se figur 32:

Figur 32 - Afgiven varmeeffekt for varmepumpe

47

Fra behandling af VSD’ernes kølesystem vides at deres afgivne kølevand har en temperatur på

ca. 31° C. Som det fremgår på figur 32 kan varmepumpen fra Weishaupt maksimalt modtage

brine med en temperatur på 25° C. Efter anbefaling fra Weishaupt sættes brine

indløbstemperaturen til 24° C for at undgå at varmepumpen får alarm pga. for høj

temperatur. Da der i varmesystemet ønskes en fremløbstemperatur på 45° C leverer

varmepumpen ifølge figur 32 en varmeeffekt på 86 kW – under betingelse af at det

cirkulerende væske flow er imellem 9 og 13 m3/h, hvilket er oplysninger der senere skal

bruges for at dimensionere rørsystemet på taget.

På nedenstående figur 33 fremgår med hvilken COP varmepumpen opererer.

Figur 33 - Varmepumpens COP Kilde

Som det fremgår på figur 33 er varmepumpens COP (Leistungszahl) på 6,2 ved de angivne

temperaturer. I den aflæste COP er kompressormotorens virkningsgrad medregnet.

Da den virkelige COP nu kendes, vil det være interessant at sammenligne den med den

teoretiske COPcarnot. for at kunne vurdere om udfaldet er acceptabelt.

Da fremløbstemperaturen er blevet bestemt til 45° C og indløbstemperaturen til

varmepumpen er 24 ° C, kan COPcarnot beregnes:

COPcarnot=TH

T H−T L=273+4545−24

=15,14

Da varmepumpen opnår en virkelig COP på 6,2, svarer det til at 41 % af COPcarnot .

Dette anser for at være tilfredsstillende, set i forhold til at varmepumper der er optimeret til

de forhold de driftes i, yder imellem 50-60% af den beregnede COPcarnot.

I det følgende undersøges om varmepumpen kan implementeres i kedelrummet.

48

4.1.1 Implementering af VP i kedelrumIfølge figur 34 haves varmepumpens ydre dimensioner. De skal bruges til at eftervise om

varmepumpen kan implementeres i kedelrummet.

Figur 34 - Dimensioner på varmepumpe

Som det fremgår har varmpumpen dimensionerne: 100 cm; 79,7 cm; og 166 cm (b,d,h).

I kedelrummet placeres varmepumpen hvor legionella bekæmpelsen i dag er placeret, da

denne beholder uden problemer kan flyttes. På figur 35 er udmålt den tilgængelige plads:

Figur 35 - Varmepumpens placering i kedelrum

Det markerede område er på 169 cm, 140 cm, 300 cm (b,d,h). Der er derfor ingen problemer i

at varmepumpen kan placeres i det udvalgte hjørne. I det følgende gennemgås tilbuddet på

varmevekslerne:

49

4.1.2 VarmevekslerDe i tilbuddet medfølgende varmevekslere er dimensioneret af Sondex ud fra de

informationer og synsindtryk Weishaupt har fået ved deres besøg. I den vedlagte

dokumentation på varmevekslerne fremgår det at de er dimensioneret til at kunne overføre

en varmeeffekt på 150 kW, på trods for at varmepumpen kun har behov for at få tilført ca. 80

% af dens afgivne varmeeffekt (dvs. ca. 69 kW), eftersom de resterende ca. 20 % af

varmeenergien tilføres fra kompressoren.

På figur 36 nedenfor, fremgår de betingelser varmevekslerne er dimensioneret efter:

Figur 36 – Udpluk fra dimensioneringsgrundlag på varmeveksler - Fremgår komplet i bilag 9.

På figur 36 fremgår det at veksleren er dimensioneret efter at der på sekundærsiden flower

vand. Sekundærsiden udgør forbindelsen imellem varmevekslerne og varmepumpen, hvorfor

vand er et uhensigtsmæssigt medie. Dette medie burde naturligvis have været en glykol

opløsning, da hovedparten af denne installation er rørføringen på taget af SB1, hvor rørene

kan udsættes for frostgrader. Beregningerne i det følgende vil dog gå ud fra de på figur 36

anviste værdier.

Da varmepumpens afgivne effekt som vist på figur 32 er afhængig af at flowet på væsken til

varmepumpen ligger imellem 9 -13 m3/h – og da varmeveksleren er dimensioneret til et flow

på 10 m3/h vil rørføringen der forbinder VSD’erne og varmepumpen blive dimensioneret efter

dette.

50

4.2 Dimensionering af rørføring imellem VSD’er

For at kunne få et tilbud på rørføringen, skal rørdimensionen bestemmes. Rørdimensionen

skal dimensioneres efter at den i tilbuddet på varmepumpen inkluderede cirkulationspumpe

(Magna 3 40-120F 250) kan levere et flow på 10 m3/timen, da det er dette flow varmepumpen

skal have for at opnå den tidligere nævnte COP. Da der kun er behov for at modtage kølevand

fra en af VSD’erne, vil rørdimensioneringen tage udgangspunkt i at der modtages væske fra

den fjerneste VSD, da rørmodstanden herfra vil være størst. Den største rørmodstand fås

ifølge figur 37, når overskudvarmen modtages fra VSD køler 4:

Figur 37 – Rørdimensioneringsgrundlag

Der dimensioneres således efter at cirkulationspumpen kan cirkulere et flow på 10 m3/t på

den stiplede markering. Der laves beregninger for rørdimensioner på henholdsvis 1,5”, 2,0” og

2,5” rør. Resultatet af beregningerne fremgår på figur 38:

Rørdimension (tommer) 1,5” 2,0” 2,5”Rørdimension (mm.) 41,25 52,5 68væskehastighed 2,182 m/s 1,347 m/s 0,803 m/sHm (samlet rørmodstand) 34,6 mvs 10,76 mvs 3,10 mvs

Figur 38 - Resultat af beregninger - Beregninger og tryktabstabel fremgår i Bilag 10.

51

Når resultatet af den samlede rørmodstand, som er et udtryk for differenstrykket over

pumpen, indtegnes på pumpekarakteristikken, fås at det er nødvendigt med en 2,5”

rørinstallation, da pumpen ellers ikke kan levere tilstrækkeligt flow, hvilket fremgår af figur

39:

Figur 39 - Pumpekarakteristik ved 2,5” rørføring

På pumpekarakteristikken fremgår ligeledes at cirkulationspumpen optager en effekt på

152,2 watt. I det følgende skal det undersøges om der er behov for at rørene skal isoleres:

52

4.3 Isolation af rørføring

Ifølge dokumentationen på varmeveksleren fra figur 36 og foretagne beregninger i bilag 11 og

den ønskede indløbs temperatur i varmepumpen haves de oplysninger der skal bruges til at

kunne bestemme om isolering af rørene er påkrævet.

Da afstanden imellem VSD-køler 4 og varmepumpen er størst, er det denne strækning der skal

laves varmetransmissions beregninger på. På nedenstående figur 40 er de temperaturforhold

der skal regnes på indtegnet:

Figur 40 - Oversigtstegning med påtegning af temperaturer

Som det ses er der pga. vekslerens store kapacitet, mulighed for en afkøling på 4 kelvin på den

varme streng og 2,9 kelvin på den kolde streng. På bilag 12 fremgår at der ved en

udetemperatur på op til -11 ° C ikke vil afsættes mere varme fra rørene, end at

indløbstemperaturen til varmepumpen vil være 24°C, og returtemperaturen til veksleren vil

være 15° C.

53

Da temperaturen i Danmark ifølge graddagedata sjældent kommer under -11° C anses dette

ikke for at være problematisk. Rørtilbuddet skal derfor ikke inkludere isolering af rørene.

4.4 Tilbud på rør

På figur 37 fremgår det hvordan rørinstallationen på taget af SB1 skal laves. Vi har indhentet

et tilbud fra Damstahl på følgende:

300 meter 2,5” rustfaste rør

6 stk. 2,5” rustfaste t-stykker

10 stk. 2,5” 90 ° rustfaste bøjninger

Ifølge bilag 13 er prisen på 56.416 kr. + moms

4.5 Tilbud på ventiler

Ventilerne der indhentes tilbud på er de på figur 40 viste ”VV” ventiler. Ventilerne er af typen

on/off, dvs. de enten er fuldt åbne eller fuldt lukkede. Tilbuddet indhentes fra Dansk

ventilcenter og fremgår i bilag 14. Prisen på ventiler er 35.716 + moms.

4.6 Tilbud på montage Tilbuddet på montage indeholder komplet montage og svejsning af rør på taget af SB1. Det

samlede tilbud på montagen er udarbejdet af AA Smede og Maskinfabrik ApS. I bilag 15

fremgår at montagen prissættes efter antallet af svejsninger der skal foretages. Derved fås en

komplet montage pris på 62.940 kr. + moms.

Med alle tilbuddene der samlet udgør en totalpris på den samlede installation, kan den

økonomiske behandling af tallene der skal munde ud i en tilbagebetalingstid begynde.

54

5. ØkonomiFor at kunne foretage en beregning vedrørende tilbagebetalingstid på

varmepumpeinstallationen, skal det fastsættes hvor meget gasforbruget reduceres når

varmepumpen er i drift. Eftersom vi kun har månedsvis forbrugsdata på gasforbruget

( fremgår på figur 41) vil det være rent gætværk at estimere hvor meget af varmeenergien der

produceres af henholdsvis varmepumpen og gaskedlen:

Figur 41 – Månedsvis gasforbrug

Dette skyldes at varmebehovet i bygningerne især er afhængig af de ydre temperaturforhold –

som jo ikke vil være konstante set over en måned. Denne betragtning betyder at det vil give

for optimistiske resultater, blot at antage at energien under kurven på figur 42 leveres af

varmepumpen og det resterende skal suppleres med gas.

Stregen der er tegnet ind på figur 42 er et udtryk for hvor meget varmeenergi en varmepumpe

på 70 kW kan levere ved kontinuerlig drift på et døgn og er udelukkende et forklarende

eksempel:

55

Figur 42 – Gasforbrug omregnet til gennemsnitlig energiforbrug pr. døgn

5.1 Anvendelse af graddage

Som nævnt i teorien er der et sammenhæng imellem gasforbrug og udetemperatur og netop

dette sammenhæng vil vi anvende til at få beregnet en mere retvisende fordeling af

varmeenergien fra varmepumpen og gaskedlen. Den anvendte metode bygger som nævnt på

brug af historiske graddages data.

Graddagene anvendelse til at bestemme fordelingen af varmeproduktionen fra varmepumpen

og gaskedlen og bygger på en række antagelser:

Ifølge Gaspro rapporten har varmesystemet en varmetabseffekt på 267kW ved en

udetemperatur på -12° C. Derudfra antages det indledningsvis at 29 graddage på et

døgn svarer til en nødvendig tilført varmeeffekt på 267 kW.

Som angivet i definitionen på en graddag, haves 0 graddage på et døgn hvor ude

middeltemperaturen er 17° C. Det må derfor betyde at når der haves 0 graddage på et

døgn er der intet behov for yderligere opvarmning.

Som det fremgår af overstående punkter, er det graddage antallene imellem 0 og 29 pr. døgn

der er interessante. Her antages det at behovet for tilført effekt er proportional med antallet af

graddage pr. døgn. På den måde fås at når døgnmiddeltemperaturen falder med 1 grad

celsius, øges den nødvendige varmeeffekt med 9,21 kW (267 kW/29).

De graddage der anvendes i det følgende er fra 2014. Det skyldes at for dette år kendes det

anvendte gasforbrug. På den måde kan det ved årets afslutning sammenlignes hvor stort

energiforbruget til opvarmning har været ved brug af graddage og ved brug af gas

56

forbrugsdataene. Da varmeenergiforbruget gerne skulle være ens uanset hvilken metode der

anvendes, beregnes en faktor der korrigerer forholdet på 9,21 kW varmeeffekt pr. graddag pr.

døgn vha. af de udregnede energiforbrug. Denne faktor fremgår i Excel dokumentet i arket

”Graddage 2014” i rubrikken P3 til en værdi på 9,17 kW/graddag.

På den måde kan varmeproduktions fordelingen mellem varmepumpe og gaskedel foretages

for et normalår og det er dette forbrug af gas og elektricitet der vil danne grundlag for

tilbagebetalingstids beregningerne.

Udførelsen af den ovenfor givende beskrivelse, er dokumenteret i vedlagte Excel dokument i

arket ”Graddage 2014”.

5.2 Tilbagebetalingstid

Som nævnt ovenfor beregnes tilbagebetalingstiden ud fra forskellen på den nuværende udgift

til opvarmning kontra den udgift der vil være med varmepumpen implementeret. De

anvendte forbrugstal kommer fra ”Graddage 2014” arket i Excel dokumentet og er forbrugstal

der er konverteret til et normaltår.

Den samlede besparelsen kan dog ikke udelukkende bestemmes ud fra forskellen i

opvarmningsudgifter, eftersom der pålægges afgifter når der udnyttes overskudsvarme til

opvarmningsformål. Derudover kan der i Danmark søges om energitilskud, når der foretages

energibesparende foranstaltninger.

Derfor vil det i det følgende blive beregnet hvor stor en afgift der årligt skal betales for

udnyttelse af overskudsvarmen - og det vil blive bestemt hvor stort et energitilskud der kan

opnås.

5.2.1 Afgift på udnyttelse af overskudsvarme Da overskudsvarmen fra VSD’erne skal benyttes til rumopvarmning er den afgiftspligtig.

Afgiften kan udregnes vha. 2 metoder:

Fast pris pr. forbrugt GJ varme

Fast pris pr. kvadratmeter bygning

Hvilken metode der anvendes er frivilligt, derfor vil begge metoder i det følgende blive

gennem regnet, for at se hvor afgiften er mindst. Først ses der på fast pris afgiften.

57

Fast pris afgiften er på 50,70kr. pr. GJ3 ,som svarer til 0,1825kr/kWh, og skal kun betales i

vinterhalvåret, dvs. fra 1. oktober - 31. marts. Måden hvorpå afgiften bliver pålagt når der som

i vores tilfælde benyttes en varmepumpe, er at der skal betales afgift af den energi der ligger 3

gange over elforbruget til varmepumpen. I vores tilfælde bliver der forbrugt 58.701 kWh i

perioden fra den 1. oktober til den 31. marts, det forbrug ganges så med 3 og omregnes til GJ,

så giver det, en energi på 634 GJ, den varme som varmepumpen har afgivet bliver så i vores

tilfælde 1.310 GJ, forskellen imellem den energi der ligger over 3 gange elforbruget bliver den

afgift der skal betales, i vores tilfælde 676 GJ*50,7kr/GJ = 34.285 kr.

De foretagne beregningerne er lavet som det fremgår i skats beregningseksempel i bilag 16 og

fremgår ligeledes i Excel dokumentet i arket ”Økonomi”.

Hvis man vælger at betale for det antal kvadratmeter man opvarmer så er afgiften 10kr pr. m2

pr. måned, og er kun gældende i vinterhalvåret. Da der er 6780 m2 opvarmede bygninger fås

en afgift på 67.800kr. pr. måned og total for vinterhalvåret 67.800*6=406.800kr2

Det giver ifølge overstående beregninger mest mening i vores tilfælde, at benytte den faste

pris pr. GJ. hvor den årlige afgift således udgør 34.285 kr.

Grunden til at virksomheder bliver pålagt afgift på udnyttelse af overskudsvarme, er at det

skal fjerne incitament for at købe et ineffektiv anlæg og blot benytte den overskudsvarme, til

opvarmning og dermed kunne opvarme bygningerne uden at betale for afgifterne. Der skal

dog ikke betales afgift af den varme som benyttes i det samme rum som varme kommer fra.

3 http://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062262

58

5.2.2 Energitilskud Der blev i 2006 indført en aftale mellem klima- og energiministeriet og landets

energiselskaber om en energispareordning, som tvinger alle energiselskaber i Danmark til at

udbetale et tilskud til energirenovering og derved motivere både virksomheder og private til

at sænke deres CO² udledning.

Tilskuddet betales af alle energiforbrugene danskere og opkræves som en afgift af selskabet

som leverer energien. Der kan søges energitilskud til stort set alle energibesparende

initiativer i bygninger.

Måden energitilskuddet beregnes på, er ved at få fastsat energibesparelsen i anvendte kWh til

opvarmningen. Som det fremgår i Excel dokumentet på arket ”Økonomi” udgør besparelsen

435.734 kWh. Det er energiselskaberne der bestemmer satsen på tilskuddet pr. sparet kWh,

og de ligger imellem 25 - 40 øre. 4

Der er som vist, forskel i hvor meget der betales fra de forskellige energiselskaber. Weishaupt

som er vores varmepumpe leverandør formidler aftaler til energiselvskaber der giver et

tilskud på 35 øre pr. besparet kWh (se bilag 17). Vi har selv fået en bekræftelse på 30 øre pr.

sparet kWh, såfremt projektet afsluttes i 2017 (se bilag 18). I de videre beregninger tages der

udgangspunkt i det formidlende tilbud fra Weishaupt.

Figur 43 - Beregning af energitilskud - Beregningerne fremgår i Excel dokumentet i arket ”Økonomi”

4 http://www.energihjem.dk/tilskud-til-energirenovering/

59

Den angivede prioriteringsfaktor i figur 43, er en værdi som bruges til at vægte besparelsen i

forhold til dens levetid5 og udgør for varmepumper en værdi på 1,5.

Ved de i figur 43 angivede værdier, opnås et energitilskud på 228.760 kr. som er skatte og

momsfrit.

5.3 Beregning af tilbagebetalingstid

Hos Energinet.dk accepteres som nævnt i indledningen en tilbagebetalingstid på 10 år, på

investeringer der giver virksomheden en mere grøn profil. For at kunne beregne

tilbagebetalingstiden for varmepumpe investeringen skal der vides følgende:

Investeringens størrelse

Investeringens størrelse er udgiften til den komplette varmepumpe installation med

rørføring.

Årlig besparelse

Besparelsen udgør det reducerede gasforbrug, men der er også nogle nye udgifter,

heriblandt et større elforbrug (til varmepumpen), overskudsvarmeafgift og årlige

serviceomkostninger til varmepumpen.

Prisen på el til varmepumpen og gas til gaskedlerne.

For at kunne beregne den årlige besparelse på opvarmning af gastransmissionen, skal

priserne for afregnet el og gas fastlægges. I bilag 19 fremgår at elprisen til at drive

varmepumpen er på 59 øre/kWh + moms - og i bilag 20 fremgår at prisen på naturgas

til opvarmningsformål på gastransmissionen er på 4,22 kr. + moms. Den lave

naturgaspris skyldes som det fremgår i bilag 20, at energinet ikke skal betale

distributionsbidrag, da gassen tages direkte fra transmissionsledningen.

De overstående oplysninger er beregnet i det vedlagte Excel dokument under arket

”Økonomi”. På nedenstående figur 44 fremgår et billede overblik:

5 http://svk.teknologisk.dk/Pages_open/Default.aspx

60

Figur 44 - Beregning af årlig besparelse

Som det fremgår på figur 44 opnås en simpel tilbagebetalingstid på imellem 3,6 og 4,3 år. Den

simple tilbagebetalingstid tager dog ikke hensyn til den gældende rentesats. Det viser sig at

Energinet.dk låner penge direkte ved nationalbanken til en rentesats på 1,6%, hvilket fremgår

af bilag 21. Vha. investeringens størrelse, gældende rentesats og den årlige besparelse er

annuitetslånet lavet i arket ”Økonomi” i Excel dokumentet. På følgende side fremgår et udklip:

61

Figur 45 - Annuitets lån

På figur 45 viser det sig at tilbagebetalingstiden med renter er imellem 3 år og 10 måneder og

4 år og 6 måneder, hvilket for begge tilfælde er langt under investeringskravet på 10 år.

62

6. Diskussion Varmepumpen blev valgt ud fra at den skulle kunne levere ca. 70% af varmeenergien til

bygningerne set over et år. Derfor kunne det efter beregningerne er lavet, være interessant at

se hvordan energifordelingen er imellem varmepumpen og gaskedlerne. I Excel dokumenter

under arket ”Graddage 2014” fremgår i rubrikkerne R3 & S3, at varmefordelingen er som

følgende:

Varmepumpe udgør 75,9% af den tilførte varmeenergi.

Gaskedlerne udgør 24,1% af den tilførte varmeenergi.

Som det fremgår er varmepumpeandelen lidt højere end de nævnte 70%, men det skal

bemærkes at beregningerne som gav udslag i en dækningsgrad på 70% var med en afgivet

varmeeffekt på 80 kW og da den valgte varmepumpe har en maks. ydelse på 86 kW vurderes

det opnåede resultat at være tæt på det forventede. Den overstående sammenligning imellem

fordelingen af varmeenergien giver en pejling om hvor retvisende de foretagne beregninger

er, så at resultatet næsten er som forventet er en god indikation.

For at tage højde for de usikkerheder der ligger i beregningerne på varmefordelingen imellem

gaskedler og varmepumper, blev der i ”Økonomi” arket i Excel filen også lavet beregninger for

tilbagebetalingstiderne ved et gasforbrug der er henholdsvis 15 % større og mindre end den

beregnede fordeling. Resultatet af beregningerne viser at tilbagebetalingstiden ligger imellem

3 år og 10 måneder og 4 år og 6 måneder (månederne er anslået ud fra størrelsen på ultimo

restgæld). Det viser sig derfor, at selv når tages hensyn til usikkerheder, bliver

tilbagebetalingstiden under 5 år.

Den opnåede tilbagebetalingstid er flot, set i forhold til at overskudsvarmeafgiften er beskyldt

for at fjerne incitamentet for at udnytte overskudsvarme, da det efter sigende ikke skulle være

rentabelt. I dette projekt har det vist sig, at den årlige afgift udgør knap 34.000 kr. og sættes

det op imod den forventede besparelse på ca. 119.300 kr. hvor afgiften er fratrukket, mener vi

ikke afgiften skal have skyld for at bremse fremtidige projekter. Vi kan derfor kun anbefale

63

andre virksomheder som har overskudvarme til rådighed, at få undersøgt om der ikke kunne

være økonomi i at udnytte den - og som sidegevinst skåne miljøet for et øget CO2 udslip.

Om de indhentede anlægsomkostninger der dækker en komplet installation af

varmepumpeløsningen ligger på et rimeligt niveau er svært at vurdere, da det desværre kun

har været muligt at indhente et sæt tilbud, der samlet dækker hele installationen. Det kunne

særligt være interessant at have haft andre varmepumper i betragtning, for at have haft

muligheden for at sammenligne opnåede COP værdier. Da den valgte varmepumpe havde en

begrænsning i hvor varmt den kunne modtage brinen, ville det ikke være usandsynligt at

konkurrerende produkter ville opnå en bedre COP, da forskellen imellem temperaturen på

brinen og fremløbstemperaturen derved mindskes. En øget COP ville muligvis resultere i en

kortere tilbagebetalingstid også selvom kostprisen på varmepumpen var større.

Vi føler dog at vi har fået en god og kompetent vejledning af Weishaupt, både hvad angår valg

af varmepumpe størrelse, men også til dens implementering i varmeanlægget, hvor vi har

kunne trække på deres erfaring.

64

7. Konklusion Ud fra behandling af projektets problemformulering og hypoteser kan det konkluderes at

overskudsvarmen fra frekvensomformerne uden problemer kan anvendes som supplement til

rumopvarmning hvis temperaturen på overskudsvarmen hæves vha. af en varmepumpe. Det

vil for den valgte varmepumpe være muligt at forsyne gastransmissionen med ca. 75% af den

årligt nødvendige varmeenergi.

Derudover kan det konkluderes at det økonomiske incitament for at investere er opfyldt, da

der opnås en tilbagebetalingstid på imellem 3 år og 10 måneder og 4 år og 6 måneder når der

er taget højde for usikkerheder, hvilket jo er væsentlig under kravet på 10 år. Hertil skal det

pointeres, at der i beregningerne er taget udgangspunkt i at Tyra platformene forbliver lukket.

Hvis det viser sig, at Tyra platformene kun lukkes under den omtalte 3 årige renovationen, er

vores anbefaling ikke at påbegynde investeringen i et varmepumpeanlæg, da den fremtidige

drift af kompressorerne således står i det uvisse og det vil derfor være umuligt at estimere en

tilbagebetalingstid.

Endeligt kan det således konkluderes at hvorvidt den behandlede varmepumpeløsning skal

blive til noget, afhænger af de beslutninger der i den nærmeste fremtid træffes om Tyras

fremtid.

8. Kilder

Websider:http://www.teknologisk.dk/graddage/hvad-er-graddage/492,3https://www.isover.dk/content/isover-isodimhttp://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062257 http://www.skat.dk/SKAT.aspx?oID=2062262http://www.energihjem.dk/tilskud-til-energirenovering/http://svk.teknologisk.dk/Pages_open/Default.aspxhttp://fjernvarme.info/Fakta-om-fjernvarme.1071.aspxhttp://product-selection.grundfos.com/product-detail.product-detail.html?productnumber=97924270&qcid=167591446

PDF:www.teknologisk.dk/_/media/62041_6%20Drejebog%20Storevarmepumper%20LRE%20150612.pdf . www.teknologisk.dk/_/media/47453_ Industriel %20 varmegenvinding .pdf Varmeanlæg - ISSN 1601-8605 DTU BYGDen lille blå om varmepumper

65

Den lille blå om varmeBøger:Thomas Heilmann - Praktisk regulering og instrumentering

ISBN: 978-87-90603-14-4Udgave: 6. udgave

Thomas Heilmann - Pumpedrift og energi ISBN: 978-87-90603-16-8Udgave: 5. udgave

DampkedlerISBN: 87-988565-0-2Udgave: 1. udgave

Mekanisk fysik og varmelæreISBN:978-87-7082-283-1Udgave: 11. udgave

Erhvervs økonomi til akademikereISBN: 978-87-412-6165-2Udgave: 4. udgave

Den gode opgaveISBN: 978-87-593-1521-7Udgave: 4. udgave

66