Oppvarming av nedkjølte energibrønner med solenergi

Abstract

SiÅs har en energisentral som distribuerer studenthybler med romoppvarming og varmtvann. Energisentralen består av en bergvarmepumpe, elkjel og oljekjel. Bergvarmepumpen henter energi fra en brønnpark som er plassert utenfor energisentralen. Brønnparken har blitt nedkjølt ned etter flere år med høyt uttak av energi. Dette gir varmepumpen vanskelige driftsforhold og den må ofte kjøre på fullast for å levere ønsket temperatur. Dette fører til slitasje på varmepumpen. Siden varmepumpen sliter med å levere ønsket temperatur må elkjel og oljekjel ofte kompensere. For å øke levetiden på varmepumpen og forbedre økonomien på energisentralen må det gjøres tiltak. Denne masteroppgaven foreslår å benytte solenergi til å varme opp brønnparken. For hver grad temperaturen i bakken øker vil COP øke 3,5 %. Det skal benyttes udekkete solfangere designet av Legiotech AS. Siden temperaturen i energibrønnene er lav, kan solfangerne operere uten innstråling hvis omgivelsestemperaturen er høy nok. Solfangerne har en årlig forventet produksjon uten skyggelegging på 530 kWh/m2. Første forslag er å dekke studenthyblene Arken, Børsen og Casino med et solfangerareal på 472m2 for å se hvordan brønnparken responderer på tilføring av energi. Disse studenthyblene har en skog plassert øst som gir en del skyggelegging. Med et antatt energitap på 15% fra skyggegging vill det bli levert 226 500 kWh. Hvis første forslag er vellykket anbefales det å tilføre like mye energi med solfangerne som tas opp av brønnparken per år. Dette året er basert på det høyeste opptaket fra brønnparken som var i 2014. Da ble det tatt opp 686 000 kWh fra energibrønnen. Ved å gjennomføre forslag en og utvide solfangeranlegget med et areal på 840m2 for 5 tak ved studentbyen Pomona, vil tilførselen av solenergi til energibrønnene omtrent være det samme som opptaket. Da vil naturlig oppvarming av energibrønnene fra omkringliggende berggrunn, grunnvann og løsmasse føre til et overskudd av energi. Dette vil gi en oppvarming av brønnparken. Ved grov økonomisk analyse vil forslag en ha en kapitalkostnad på rundt 671 000 kr og en nedbetalingstid en på 3 år. Etter 20 år i drift vil solfangeranlegget spare energisentralen for 3,8 millioner kroner. Utvidelsen av anlegget vil ha en kapitalkostnad på rundt 1,4 millioner og nedbetalingstid på rundt 3 år. Etter 20 år i drift vil utvidelsen spare energisentralen for 7,5 millioner kroner.

SiÅs has an energy central that distributes student accommodations with space heating and domestic hot water. The Energy Central consist of a ground source heat pump, electrical boiler and an oil boiler. The ground source heat pump collects energy from energy wells located outside the Energy Central. The energy wells have been cooled down after years of excessive extraction of energy. The heat pump has difficult operation conditions and a lot of hours on full load. This leads to wear on the heat pump. As the heat pump struggles the energy usage of the electric boiler and the oil boiler increase. To increase the lifespan of the heat pump and improve the economy of the energy central, measurements must be done. This master thesis proposes to use solar energy to heat the energy wells. This will increase the ground source heat pump COP with 3,5 % per degree raised. The solar collector plant will consist of unglazed solar collectors designed by Legiotech AS. Since the temperature in the energy well is so low the collector can operate when there is now irradiation if the ambient temperature is high enough. The solar collector has an estimated energy production of 530 kWh/m2 in Ås. The first suggestion is to cover the student accommodations Arken, Børsen and Casino with a solar collector area of 472m2 to see how the energy wells respond to injected energy. Since the buildings has a forest located east there will be some energy loss from shading. With an assumed energy loss of 15% from shading the solar collectors will deliver 226 500 kWh. If the first suggestion proves to be successful it is recommended to expand the plant to cover the yearly extracted energy from the energy wells. This is based on the highest yearly extraction from the energy wells of 686 000 kWh in 2014. With expanding the solar collector plant with 840m2 by covering five of the roofs at the student accommodations Pomona, the energy injection from the solar collectors will be equal to the energy extraction from the energy wells. In addition, the energy wells will be heated naturally from the surrounding rock, ground water and soil. This leads to an excess of energy, which will give a temperature raise in the energy well. Roughly financial budgeting for the first suggestions give a total cost of 671 000 NOK for 20 years. The payback time of the system will be 3 years and after 20 years of operation the savings from the energy central will be 3,8 million NOK. The expansion of the plant will have a total cost of 1,4 million NOK for 20 years. The payback time will be 3 years and after 20 years of operation the savings from the energy central will be 7,5 million NOK.