Energipålar ger energieffektiva byggnader - Ruukki
Energipålar ger energieffektiva byggnader - Ruukki
Energipålar ger energieffektiva byggnader - Ruukki
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
WHITE PAPER<br />
<strong>Energipålar</strong> <strong>ger</strong> <strong>energieffektiva</strong><br />
<strong>byggnader</strong><br />
www.ruukki.com
<strong>Ruukki</strong>s energipålar kombinerar grundläggning av <strong>byggnader</strong> med utvinning av jordvärme. <strong>Energipålar</strong>na lämpar sig särskilt väl<br />
för kontor och hotell, samt för kommersiella <strong>byggnader</strong> i ett eller flera plan som behöver värmas eller kylas beroende på årstid.<br />
<strong>Energipålar</strong> utnyttjas i <strong>byggnader</strong> som i vilket fall som helst kräver pålning vid grundläggningen.<br />
<strong>Energipålar</strong>nas användbarhet i olika typer av <strong>byggnader</strong> har utretts genom analyser, provpålar som installerats på provfält samt<br />
simuleringar. Med hjälp av energipålar kan man till exempel i affärsfastigheter i ett plan täcka 71 procent av värmebehovet och<br />
rentav 100 procent av kylbehovet med gratis energi.<br />
Lösningar med energipålar utnyttjar förnybar, lokalt producerad energi, vilket förbättrar fastighetens energieffektivitet under<br />
hela dess livscykel. Förnybara energisystem <strong>ger</strong> inte bara poäng i olika certifieringssystem utan är även av betydelse för <strong>byggnader</strong>s<br />
användare. Miljöeffektiva fastigheter är betydligt enklare att hyra än motsvarande, icke miljöeffektiva fastigheter.<br />
Vid en jämförelse mellan energipålar och traditionella fjärrvärme- och kompressorlösningar var kostnaderna för energipålar 32<br />
procent lägre. I kostnaden för observationsperioden på 25 år ingick investerings- och energikostnader.<br />
Enligt livscykeluppföljningen av byggnaden som gjorts under 25 års tid är kostnaderna för en traditionell kombination av fjärrvärme<br />
och kompressorkylning 513 000 euro och kostnaderna för en lösning med energipålar 348 000 euro. Jämförelsen innehåller<br />
i båda fallen kostnader för både investering och energi.<br />
Jämfört med traditionella värme- och kyllösningar återbetalar sig investeringar i jordvärmelösningar med stålrörspålar i bästa<br />
fall på 5-8 år, beroende på omständigheter och sekundär värmekälla.<br />
• <strong>Ruukki</strong>s stålrörspålar <strong>ger</strong> värme ur jorden<br />
<strong>Ruukki</strong>s stålrörspålar kan användas som energipålar för lagring av jord- och bergvärme och kan utnyttjas för att värma eller kyla<br />
<strong>byggnader</strong>. Som energipålar används antingen eRD-stålrörspålar som monteras i borrhål eller eRR-stålrörspålar som pålas ner i jorden.<br />
Användningen av energipålar främjar användningen av förnybara energikällor samt sparar energikostnader och gynnar miljön<br />
på lång sikt. <strong>Energipålar</strong>s avkastningspotential beror på byggplatsens markförhållanden, antalet använda pålar, pålarnas längd och<br />
byggnadens egenskaper.<br />
Stålrörspålar används vid grundläggning av olika typer av <strong>byggnader</strong> och konstruktioner, såsom villor, höghus, industri<strong>byggnader</strong>,<br />
trafikleder och broar. Beroende på byggplatsens markförhållanden används antingen borrade eller pålade stålrörspålar. <strong>Ruukki</strong>s<br />
energipålar kombinerar grundläggning av <strong>byggnader</strong> med utvinning av jordvärme. <strong>Energipålar</strong>na lämpar sig särskilt väl för kontor<br />
och hotell, samt för kommersiella <strong>byggnader</strong> i ett eller flera plan som behöver värmas eller kylas beroende på årstid. Värmen som<br />
uppstår vid kylning sommartid återförs till marken, varvid markens värmebalans hålls på en lämplig nivå i förhållande till energiproduktionen.<br />
Således undviker man bland annat att marken fryser.<br />
I allmänhet lönar det sig att utnyttja stålrörspålar för utvinning av jordvärme när pålningsdjupet är minst ca 15 meter. I så kallade<br />
hybridlösningar där man utvinner jordvärme med både stålrörspålar och bergvärmebrunnar kan man även använda kortare pålar.<br />
Utvinning av jordvärme kräver fler energipålar än traditionell utvinning ur värmebrunnar. Att använda stålrörspålar är emellertid<br />
ekonomiskt lönsamt eftersom pålarna vanligen inte kräver separata värmebrunnar. I traditionella jordvärmelösningar står byggandet<br />
av värmebrunnar för en tredjedel av kostnaderna.<br />
• Vad är jordvärme – och hur utvinns den?<br />
Värme- och kyllösningar som baserar sig på jordvärme utnyttjar gratis energi. I motsats till direkt elvärme eller fjärrvärme produceras<br />
jordvärme lokalt under fastigheten och överförs inte långa sträckor.<br />
Jordvärme är solenergi och geotermisk energi som lagrats i jordmånen. Vid traditionell utvinning av jordvärme installeras en slang<br />
som antingen läggs i slingor på ca 1 meters djup eller i ett borrhål i berggrunden. Bergvärmebrunnar är vanligtvis ca 14 centimeter<br />
breda och ca 200 meter djupa. I eventuella lösa jordla<strong>ger</strong> ovanpå berggrunden måste man installera ett skyddsrör. I såväl ytliga<br />
slingor som värmebrunnar cirkulerar en värmebärarvätska som är en blandning av vatten och något frostskyddsmedel, vanligtvis<br />
alkohol eller kaliumformiat.<br />
Jordvärme kan utnyttjas i såväl stora <strong>byggnader</strong> som i villor. För att omvandla energin till värme behövs en värmepump, vars funktion<br />
grundar sig på förångning och kondensering av ett så kallat köldmedium som cirkulerar i dess maskineri. Förångningen kräver<br />
värme som tas från marken via slingan. Kondenseringen sker i värmepumpens kondensator. Ångan som bildas pressas till högt<br />
2
tryck i en kompressor, varvid ångan värms upp. Den varma högtrycksångan kyls i kondensatorn och antar flytande form. Den frigjorda<br />
värmen värmer vatten eller luft som strömmar genom kondensatorn. Varmluften eller varmvattnet leds in i värmesystemet.<br />
En rätt planerad och installerad jordvärmepump fun<strong>ger</strong>ar med tillförlitlighet och hög värmekoefficient. Värmekoefficienten är<br />
måttet på hur effektiv värmepumpen är och an<strong>ger</strong> erhållen värmeeffekt i förhållande till behovet av eleffekt. Med en värmekoefficient<br />
på 3 erhåller man till exempel 3 kW värmeeffekt för varje 1 kW eleffekt.<br />
I jordvärmelösningar lönar det sig att gynna metoder för värmedistribution som baserar sig på låg temperatur. De bästa metoderna<br />
för värmedistribution från värmepumpar är golvvärme och olika system som byg<strong>ger</strong> på strålningspaneler. För kylning bör man å sin<br />
sida gynna högtemperatursystem med stora ytor.<br />
Av kostnadsskäl lönar det sig inte att dimensionera ett jordvärmesystem enligt tillfälliga toppar i fastigheters värmebehov. För<br />
att investeringarna ska förbli lönsamma bör man ha en sekundär energikälla för att jämna ut topparna – till exempel elvärme som<br />
kapar värmetopparna under riktigt kalla vintrar.<br />
En viss period av året, främst under våren, kan man ersätta maskinell kompressorkylning med frikyla. Vätskan som kommer från<br />
marken får en lägre temperatur, som utnyttjas direkt utan att man behöver använda en elförbrukande kompressor till kylningen.<br />
Kondensvärmen som uppstår under sommarens kylning kan återföras till marken, vilket förbättrar markens totala energibalans<br />
under året. Kylenergi som fås ur marken sommartid kan användas även till exempel för att kyla ventilationsluft. Detta alternativ är<br />
speciellt användbart i till exempel höghus, där lägenheterna oftast inte har skilda kylanläggningar.<br />
3
• Pålar och utvinning av energi – hur fun<strong>ger</strong>ar det?<br />
Typen av stålrörspåle väljs alltid utgående från byggplatsens markförhållanden.<br />
Därefter väljs en värmeväxlare som lämpar sig bäst för den valda<br />
typen av påle. Jordvärmeslingorna monteras i tomma stålrörspålar, varefter<br />
pålarna fylls med betong för att energi från jordmånen effektivt ska<br />
kunna överföras till värmebärarvätskan i slingorna. När vätskan passerar<br />
pålens lägsta punkt ändras dess temperatur – på vintern värms den och på<br />
sommaren kyls den. Processen går sedan vidare till värmepumpens maskineri<br />
på samma sätt som i traditionella värmebrunnslösningar.<br />
<strong>Energipålar</strong>na kan också användas i så kallade hybridlösningar, där en<br />
del av energin utvinns från stålrörspålar och en del från traditionella borrade<br />
bergvärmebrunnar. <strong>Ruukki</strong>s borrmonterade eRD-stålrörspålar kan<br />
förlängas genom att borra in en bergvärmebrunn med mindre diameter än<br />
pålen och således slippa montera ett skilt skyddsrör i jordlagret ovanpå<br />
berggrunden.<br />
Planeringen av energipåls- och värmebrunnsfält sker alltid från fall till<br />
fall. I princip kan man välja mellan följande alternativ:<br />
• För utvinning av jordvärme används endast stålrörspålar.<br />
• Som en så kallad hybridlösning används utöver stålrörspålar även bergvärmebrunnar.<br />
• För utvinning av jordvärme används endast bergvärmebrunnar, men<br />
stålrörspålar används som skyddsrör genom jordlagret ovanpå berggrunden.<br />
Vilket alternativ man väljer beror på vilka sekundära energikällor som<br />
finns tillgängliga och på hur stor del av energibehovet som kan täckas<br />
med energipålar. Byggnadens form och våningsantal påverkar också valet.<br />
Till exempel har låga <strong>byggnader</strong> relativt sett fler pålar till förfogande<br />
jämfört med sin byggnadsvolym. Kostnaderna kan jämföras på basis av<br />
livscykelkostnader.<br />
För att energipålar ska kunna användas effektivt måste byggnadens<br />
värme- och kylsystem planeras för att passa jordvärme.<br />
• Energi- och miljöbesparingar<br />
Användningen av energipålar minskar energiförbrukningen, vilket medför<br />
besparingar i fastigheters driftskostnader. Pålarna kan användas parallellt<br />
med flera andra energikällor. Som värmekälla kan investeringen<br />
anpassas efter marknadspriserna. Detta innebär att energipålar fun<strong>ger</strong>ar<br />
även med eventuella nya energikällor ifall dessa måste bytas ut. När fastigheten<br />
kyls fun<strong>ger</strong>ar energipålarna som en kostnadsfri energikälla, vilket<br />
innebär att man slipper betala för anslutning till fjärrnätet.<br />
Jämfört med traditionella värme- och kyllösningar återbetalar sig investeringar<br />
i jordvärmelösningar med stålrörspålar i bästa fall på 5-8 år, beroende<br />
på omständigheter och sekundär värmekälla.<br />
Pålarna utnyttjar förnybar energi, vilket höjer fastighetens miljöeffektivitet. Lokalt producerad energi stöder såväl miljövänligt<br />
byggande som miljövänlig användning av fastigheten under hela dess livscykel. Därför <strong>ger</strong> många certifieringssystem poäng för<br />
användningen av förnybara energisystem. Användningen av förnybar energi blir allt viktigare även för <strong>byggnader</strong>nas användare,<br />
hyresgästerna. Enligt en amerikansk undersökning är uthyrningsgraden av lokaler i miljöeffektiva <strong>byggnader</strong> betydligt högre än i<br />
motsvarande <strong>byggnader</strong> där man inte har beaktat miljöeffektiviteten i lika stor utsträckning.<br />
4
• Exempel på tillämpningar med energipålar<br />
I utvärderingen konstaterar man att energipålar lämpar sig mycket väl för utnyttjande av förnybar energi. Lämpligheten har utvärderats<br />
för fastigheter som har haft färdiga modeller för värme- och kylprofiler. Utvärderingen gjordes genom simulering.<br />
I exemplen nedan presenteras exempel på en affärsfastighet i ett plan och på ett kontorshus i tre våningar.<br />
Affärsfastighet i ett plan<br />
För affärsfastigheten i ett plan valdes en byggnad av typen järnhandel. Byggnadens värmeisolering uppfyller kraven i 2010 års<br />
bestämmelser och värmeåtervinningen från ventilationen håller god nivå. Byggnaden har vattenburen golvvärme och golvkylning.<br />
• totalyta = 8 400 m 2<br />
• 264 energipålar, pålningsdjup 20 m<br />
• markens värmeledningsförmåga 1,1 w/m, k<br />
• behov av värmeenergi = 34 kWh/m 2 ,a<br />
• behov av kylenergi = 10,4 kWh/m 2 ,a<br />
• golvvärme och golvkylning<br />
Med hjälp av energipålar täcktes 71 procent av värmebehovet och rentav 100 procent av kylbehovet med gratis energi.<br />
Ifall den utvärderade byggnaden hade haft ett större kylbehov, skulle man effektivt ha kunnat lagra kondensvärmen från kylanläggningen<br />
i energipålarna i marken. Särskilt storanvändare av kylanläggningar, såsom livsmedelsaffärer eller stormarknader,<br />
kunde dra nytta av det förmånliga förhållandet mellan värme och kyla.<br />
Kontorshus i tre våningar<br />
Det rätt så småskaliga kontorshuset i utvärderingen har en<br />
energieffektivitet som uppfyller kraven i 2010 års bestämmelser<br />
för värmeisoleringens del. För värmeåtervinning används en för<br />
kontors<strong>byggnader</strong> vanlig teknik. Fastigheten har ett relativt stort<br />
behov av kylenergi.<br />
• totalyta = 2 700 m 2<br />
• 30 energipålar, pålningsdjup 15 m<br />
• markens värmeledningsförmåga 1,6 w/m, k<br />
• behov av värmeenergi = 54 kWh/m 2 ,a<br />
• behov av kylenergi = 53 kWh/m 2 ,a<br />
• uppvärmning och kylning med strålningspanel<br />
Gratis värmeenergi från pålarna i marken täcker 58 procent av det<br />
totala årsbehovet av värmeenergi. Jordvärmesystemet utnyttjar<br />
energin från pålarna och för att fun<strong>ger</strong>a behöver detta el från<br />
elnätet. Jordvärmesystemet täcker nästan 80 procent av byggnadens<br />
behov av värmeenergi och resterande 20 procent täcks med<br />
fjärrvärme.<br />
6
I fråga om kylningen täcker markens gratisenergi hela 88 procent av behovet. Kylenergins höga nivå uppnås genom att denna fås i<br />
huvudsak genom frikyla. Kompressorkylning behövs under perioder när toppeffekt behövs, det vill säga under heta sommarveckor.<br />
Det beräknade koldioxidavtryck (tn CO2 ekv.) som systemet med energipålar lämnade efter sig under 25 år var endast ca 40 procent<br />
av motsvarande avtryck för fjärrvärme. Här beaktades inte hur oanvänd fjärrvärme påverkar elproduktionen.<br />
• Ytterligare information ges av<br />
Hannu Vesamäki<br />
Produktgruppschef<br />
<strong>Ruukki</strong><br />
hannu.vesamaki@ruukki.com<br />
+358 50 314 29 79<br />
Jyrki Kesti<br />
Teknikdirektör<br />
<strong>Ruukki</strong><br />
jyrki.kesti@ruukki.com<br />
+358 40 553 05 53<br />
7
<strong>Ruukki</strong> är en pålitlig metallexpert som tar hand om hela processen när du behöver metallbaserade<br />
material, komponenter, system och totalkoncept. Vi vidareutvecklar ständigt vår verksamhet och vårt<br />
produktsortiment för att tillgodose dina behov.<br />
Rautaruukki Abp U Box 138, FI 00811 Helsinki, Finland<br />
S +358 20 5911 w www.ruukki.com<br />
Copyright © 2011 Rautaruukki Corporation. Alla rättigheter förbehålles. <strong>Ruukki</strong>, Rautaruukki, More With Metals och <strong>Ruukki</strong>s<br />
produktnamn är varumärken eller registrerade varumärken som tillhör Rautaruukki Corporation.<br />
CFI.001SE/05.2011/AN/JJ
Change language