Sesonglagring av solenergi for utslippsfri oppvarming av bygninger
Sesonglagring av solenergi for utslippsfri oppvarming av bygninger hele året. Energiseminaret 2017 ved NMBU KRAFT I HANDLING Auditorium Maximum 3. og 4. mars 2017 Petter Hieronymus Heyerdahl, Institutt for matematiske realfag og teknologi, NMBU Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 1
Fremtidens hus skal bruke mindre energi. I dag brukes den slik: Lys, kjøleskap, fryseboks, komfyr, PC, TV…… 70 -80% Kan erstattes av lavkvalitets varme Sesonglagring av solenergi Romoppvarming 55 -60% Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 2
Hvordan kan vi redusere tilført energi til bygget? Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 3
Varmepumpe gjør at vi kan bruke mindre energi til oppvarming Så er det fristende å ha det litt varmere i huset og å kjøle om sommeren Da spares ikke så mye energi likevel Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 4
Solceller produser egen strøm på taket. Du kan bli plusskunde. • • Gir mest strøm når vi trenger den minst. Selges til spotpris. Plusskunden kjøper strøm tilbake til full pris. Ja, huset går i null eller til og med positivt på energi. Men strømnettet belastes to ganger - med effekt. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 5
Godt isolerte hus krever tykke vegger og tak Huset i skogen på Lian i Trondheim Kilde: https: //www. tu. no/artikler/arkitekten-var-lei-av-alle-energikravene-her-er-resultatet/223349 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 6
Vi sparer energi ved å isolere husene mer og gjøre dem tettere • Men: • god isolasjon krever tykke vegger • tette hus kan gi dårligere inneklima • husene må ventileres mer • husene blir dyrere Kilde: Varme og bad. Vb. no Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 7
Gjenvinning av energi. • Gir god luft inne • Fordeler varmen jevnt • Men… • Tar plass • Krever vedlikehold • Bruker energi til drift av vifter • Støyer • Høy investering • Begrenset levetid Kilde: Byggforskserien, Oktober 2015, ISSN 2387 -6328, Balansert ventilasjon i småhus, 552. 303 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 8
TEK – trappen for boliger TEK = Byggeteknisk forskrift Utslipp Pris 07 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 9
Solen er generøs. et k ta det e tt er nst e d m mi h. På røm inn k. W st lig 00 år 0. 0 6 Huset bruker 12 – 16. 000 k. Wh i året Til høsten er all takvarmen borte. Vi må varme huset med annen energi tilført utenfra Sesonglagring av solenergi. Kilde: www. sveberg-panorama. no Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 10
Kan vi flytte solvarme fra sommer til vinter? SESONGLAGRING AV VARME. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 11
Vi må fange mye solvarme. • Enkelt solfangeranlegg med drainback: Vannet renner til tank når pumpen stopper • Beskytter mot koking og frost • Trykkløst - lavere kostnad • Bruker rent vann • 100% fornybar • Usynlig Væskenivå hvile drift • Lydløs • Luktfri Sesonglagring av solenergi Til varmelager for vann under huset Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 12
Flatplate solfanger på Energilaben, NMBU Ref: ASV. no. Sesonglagring av solenergi 18 m 2 fangere. 86% effektivt fangerareal Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 13
Solvarmen lagres i energibrønner ved eller under huset. • Når solen skinner mottar panelene høy effekt. Det trengs stor strømning av vann for å lede varmen ned i grunnen. • Varmt vann er lett og skal presses ned i brønnene (25 - 50 m dype). • Kaldt vann er tungt og skal løftes opp av brønnene. • Alt dette krever relativt høy pumpeeffekt. • Dette er greit, for når solen skinner kan vi ha god tilgang på elektrisk effekt fra solceller. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 14
Opptak av varme om vinteren • Fangerne er tømt for vann • Lett, varmt vann fra parken vil opp • Tungt, nedkjølt vann fra varmeanlegget vil ned. • Oppvarmingen går med svært lite tilskudd av pumpeeffekt – kanskje helt av seg selv? • Dette passer bra, for når det trengs varme kan prisen på strøm være høy. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 15
Boring av energibrønn • Grunne brønner (h < 60 m) • Diameter brønner: 90 -115 mm • Tillater topphammer. • Lett maskin. • Billigere hull. Sesonglagring av solenergi Kilde: viivilla. no Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 16
Eksempel på stort anlegg i drift. Drake Landing Solar Community, Alberta, Canada • 52 boliger á 150 m 2 • 800 solfangere á 2. 9 m 2 • Totalt areal solfangere: 2300 m 2 • Areal solfanger per bolig: 45 m 2 • 100% av romvarmebehovet dekket siste år. Kilde: http: //www. dlsc. ca/ Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 17
Borehole Thermal Energy Storage (BTES) Brønnplan i Alberta • 144 brønner – 3 per bolig. • Brønndiameter: 150 mm • 37 m dype • 40 mm U-rør kollektorer • 6 brønner i serie pr streng • Varmeste brønn i senter • 80°C i senter sensommers • 2. 25 m intern avstand • Total diameter 35 m • Volum 25. 000 m 3 Sesonglagring av solenergi • Parken isolert på Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 18
Tilstand Drake Landing – eksempel 1: Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 19
Tilstand DLSC – eksempel 2: Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 20
Nøkkeltall fra Drake Landing, Canada (DLSC). I drift siden 2007. • 45 m 2 solfangere per bolig • Totalt høstet solenergi: 1. 118. 000 k. Wh • Solfangernes ytelse: 486 k. Wh/(m 2∙år) • Total solenergi levert til brønnparken 574. 000 k. Wh (20132014) • Total energi gjenvunnet fra parken 381. 000 k. Wh • Gjenvinningsgrad (Energi opp)/(Energi ned) = 381 MWh/574 MWh = 66% Kilde: Energy Report Summary for June 2014. Periode: 1/7 -13 til 30/6 -14. • http: //www. dlsc. ca/reports/JUL 2015/DLSC_June 2014 Report. Summary_v 1. 0. pdf Normal gjenvinning ca. 50%, stadig stigende. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 21
Demonstrator ved NMBU • Resultatene fra Drake Landing viser at boligfelt kan varmes 100% med solenergi hele året. • Klimaet der borte er sammenliknbart med vårt (GD ca. 5000) • Vi vil med demonstratoren på NMBU se om: - Prinsippet kan dekke varmebehovet for én enkelt bolig. - Uten varmepumpe. - Kan deler av eller hele kostnaden for anlegget dekkes ved at bygget blir enklere, det vil si tillate lavere TEK-klasse? • Åpner for økt bruk av massivtre. Vi har rikelig med energi. • Energien er samlet, lagret og brukt lokalt. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 22
Oppgave: Gjenvinne 25% av takvarmen 00 0. 60 Wh k 15. 000 k. Wh 30. 000 k. Wh 15. 000 k. Wh Sesonglagring av solenergi. Kilde: www. sveberg-panorama. no Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 23
60 35 m 2 s. 00 olf 0 k ang Wh er va kan rm e p høst er e år 300 370 Demonstrator ved IMT på NMBU. Brønnhus på 50 m 2 over en liten brønnpark. 700 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 24
Demonstrator ved IMT – Skisse av varmelager 3 m Nivå grunnvann Løsmasser Aktivt lagervolum 16 m ca. 1500 m 3 Varmekapasiet ca. 1000 k. Wh/K Fast berg 42 m Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 25
Fra byggingen Studenter har lagt ned over 1000 timer. Tusen takk! Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 26
04. 05. 16 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 27
29. 05. 16 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 28
29. 05. 16 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 29
26. 07. 16 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 30
08. 16 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 31
11. 08. 16 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 32
06. 10. 16 Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 33
Brønnhus og solfangere ved NMBU Her kommer det solcellepaneler for drift av pumpene for lading av brønnene 64 m 2 aktiv flate Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 34
Hva kan vi oppnå med sesonglager for varme? Noen smakebiter: Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 35
Virkning for deg Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 36
Tynnere vegger gir mer plass inne Et hus på 12 x 8 m = 96 m 2 har omkrets 40 meter 20 cm tykkere yttervegg stjeler 40 m x 0, 2 m = 8 m 2 på samme grunnflate. Et ekstra rom Mer hus for pengene Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 37
Enklere bygg gir lavere pris (eksempler) • Forenklet bygging (Redusert antall sjikt i vegger og tak. ) • Naturlig ventilasjon med vanlige ventiler (styrt lekkasje) eller ventiler med varmegjenvinnere, i hvert rom. • Redusert elektroinstallasjon • Redusert innkjøpt energi betyr mindre behov for styring: • Hva skal vi da med AMS og smarthus fullt av duppeditter…. ? Sesonglagring av solenergi Kilde: Lavenergisystemer. no Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 38
Rimeligere drift og vedlikehold av huset • Gratis energi • Fjernet mange av de komponenter som krever vedlikehold • Redusert renhold av ventilasjonsanlegget • I kombinasjon med solceller kan huset bli selvforsynt med energi • Fritidshus kan holdes evigvarme uten tilgang på strøm: Forenkler vannanlegg, helårs drift av toalett og kompost, lagring av mat, vanskelige tomter kan få høyere verdi, gunstig for enkelthytter. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 39
Samfunnseffekter Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 40
1. 0 00 Arealparadokset: Lave bygg er en fordel. 00 0 k W h 1000 m 2 Til rådighet: 250. 000 k. Wh 500. 000 k. Wh 250 k. Wh/m 2 varme per år. Varmelager Sesonglagring av solenergi Eksempelbygning: Maxbo på Ås Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 41
Termisk beredskap • Kritisk infrastruktur som energi, kommunikasjon og vannforsyning er gjort følsom. • Tenk deg i en kald perioden strømutfall for et sykehjem med varmepumpe og strømoppvarming. Det blir fort kaldt. • Sesonglager: Lokalt fanget og lagret energi holder bygget varmt hele året. I kriser: Driftes med et lite strømaggregat. Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 42
Ja, dette ser lovende ut. Demonstratoren på NMBU er støttet av: Anergy AS og Innovasjon Norge Sponsorer: Moelven, Hunton, Isola, Nexans, Lavenergisystemer Takk for oppmerksomheten Sesonglagring av solenergi Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 43
- Slides: 43