Kalt neysluvatn til kælingar í byggingumKalt neysluvatn til kælingar í byggingum

Aukin innivera fólks, aukinn tæknibúnaður og aukið flatarmál glugga í arkítektúr veldur auknu álagi á innivist í byggingum. Bæði fólk og búnaður mynda hitaálag og frá stórum gluggum myndast sólarálag sem bregðast verður við til að tryggja góða innivist og mæta þeim kröfum sem gerðar eru til góðra loftgæða. Byggingarreglugerð gerir kröfu um að magn ferskslofts sem blása á inn í rými á hvern einstakling séu a.m.k. 7 l/s og 0,7 l/s á m² gólfflatar þegar um skrifstofurými er að ræða sem er algengasta tegund byggingar þar sem þörf er á kælingu. Að auki við það loftmagn þarf að kæla niður álagið frá búnaði og ytra sólarálag. Hitastig í rýmum skal vera a.m.k. 20 °C skv. Byggingarreglugerð og æskilegt er að halda því á bilinu 20 –23 °C fyrir hámarksafköst.

Til þess að gera hönnun hagkvæmari og auka gæði innivstar þar sem um ræðir mikið innra- og ytraálag hefur EFLA notast við kælirafta í hönnun sinni. Þeir kæliraftar sem algengast er að notaðir séu eru bæði tengdir loftræsikerfinu og köldu neysluvatni. Í virkni við minna álag virka raftarnir líkt og dreifarar, þ.e. dreifa aðeins því loftmagni sem þörf er á í tilteknu rými á þeim tíma. Þegar hitanemi gefur þess merki að þörf sé á frekari kælingu hleypir rafturinn í samsvarandi rými köldu neysluvatni í gegn sem tengt er lokaðri hringrás. Virkar þá rafturinn sem varmaskiptir þar sem kalda vatnið kælir heita loftið sem er nú þegar í rýminu og blandar því aftur við innblástursloftið frá samstæðunni. Með þessari aðferð er reynt að tryggja að einungis sé notast við kalt vatn þegar þörfin er fyrir hendi. Að endingu er kalda vatninu sem notað hefur verið í raftana oftast skilað í fráveitu eða regnvatn. EFLA hefur þó háttað sinni hönnun þannig að þegar möguleikinn er fyrir hendi er bakrásin fyrst leidd að loftræsisamstæðunni í lokaðri hringrás til kælingar á innblásturslofti. Með því fæst aukin nýting á því kalda vatni sem verið er að nota til kælingar.

Þar sem verið er að nota kælimiðil til kælingar en ekki hreint útiloft þá hefur þessi aðferð þá kosti að þörf er á töluvert minna loftmagni inn í rýmin og getur stokkakerfið og samstæður verið u.þ.b. þrefalt minna. Með kæliröftum sem oft koma með stjórneiningu er auðveldara að hafa stjórn á hitastigi í herbergjum þar sem hægt er að samstýra kæliröftum og hitagjöfum eftir hitanema. Minnkar það þá hættu að um óþarfa orkunotkun sé að ræða, þ.e. að ekki sé bæði verið að hita og kæla rýmið á sama tíma. Ljóst er því að kolefnisspor sparast með því að nota kælirafta þar sem þeirra er not.

Greind voru þau kælikerfi sem EFLA hefur hannað í skrifstofubyggingar síðustu ár með það að markmiði að meta þörfina á köldu vatni fyrir kerfin. Kom þar í ljós að þegar kælikerfi eru keyrð á fullum afköstum nota þau töluvert mikið kalt vatn, eða um 0,002-0,004 l/s á m² og 0,011 l/s á mann. Miðast þessi afköst við að öll rými byggingarinnar séu full setin, allur búnaður í gangi og sólarálag eins mikið og getur orðið. Má teljast ólíklegt að kælikerfi þurfi oft eða lengi að keyra í þessu ástandi en þegar til þess kemur að álagið sé í hámarki þarf kerfið að geta sinnt því.

Í næsta fasa verkefnisins voru höfuðstöðvar EFLU, Lynghálsi 4, hermdar í hugbúnaðinum IDAICE til að meta hver raunnotkun á köldu vatni er til kælingar.

Höfuðstöðvar EFLU, Lynghálsi 4, er skrifstofubygging sem útbúin er kæliröftum. Innra álag sem og sólarálag er töluvert en hönnun gerir ráð fyrir að u.þ.b. 650 manns sitji á svæði sem nemur u.þ.b. 3550 m². Varmaskiptir kælikerfis byggingarinnar getur mest keyrt á 102 kW sem kostar 318.240 kWh af orku á ári m.v. notkun í 3120 klst, en skv. NS 3031 eru skrifstofubyggingar í notkun svo um nemur 12 tíma á dag, 5 daga vikunnar allan ársins hring. Kaldavatnsnotkun getur því verið allt að 4 l/s.

Við uppsetningu módelsins í IDAICE var geometría, staðsetning og eiginleikar byggingarinnar skilgreindir, svo sem leiðnitap byggingarhluta, innra og ytra álag allra rýma, afl kælirafta og ofna ásamt stýringu tæknikerfanna. Hermt var fyrir þrjú ár, 2021, 2022 og 2023.

Áætluð orkunotkun kælikerfisins árið 2021 er 41.166 kWh, eða 4,7 kW að meðaltali. Eru þá 5.880.971 l af köldu vatni sem notaðir eru það árið til kælingar. Þar sem kerfið getur mest annað 318.240 kWh á ári er notkunin því 13% af þeirri orku sem kerfið myndi nota ef það væri í fullri keyrslu allan þann tíma sem byggingin er í notkun.

Á grafi 1 má sjá að mesta kæliþörfin er í júní, júlí og ágúst en kæliþörfin er 25.659 kWh í heild þá mánuði. Þessir þrír mánuðir nota því 62% af heildarorkunotkun kerfisins þetta árið. Gefa þessar niðurstöður ákveðna hugmynd um samfellda notkun kerfisins, þ.e.a.s. þörfina fyrir því að yfir samfellt tímabil og gefur þar af leiðandi mynd af heildarorkunotkun og vatnsnotkun tímabilsins.

Eins og sjá má á grafi 2 eru hæstu toppar kælikerfisins í þeim mánuðum sem mest kæliþörf er í byggingunni. Þó má sjá háa toppa allt frá því í apríl og fram í október. Stafar þessi notkun af álagi til skamms tíma og verður því kerfið að vera stærðað þannig að það geti sinnt öllum toppum sem kunna að verða.

Sá dagur sem mestrar kælingar var þörf var 18. júlí en fór þá aflið mest í 79,5 kW sem er 78% af afkastagetu varmaskiptis kælikerfisins. Í því ástandi eru 3,15 l/s af köldu vatni í notkun. Fyrsti og síðasti dagur ársins sem afl fór yfir 30% hámarksgetu kerfisins voru 20. apríl og 22. Október. Fyrsti og síðasti dagur ársins sem afl fór yfir 50% hámarksgetu kerfisins voru 21. apríl og 7. september. Í heildina er það 55 daga ársins sem það gerist. Fyrsti og síðasti dagur ársins sem afl fór yfir 70% hámarksgetu kerfisins voru 3. júní og 19. ágúst. Í heildina er það 9 daga ársins sem það gerist.

Niðurstöður hinna tveggja áranna, 2022 og 2023, eru sambærilegar árinu 2021 og má sjá í töflum 1 og 2.

Sjá má að af þessum þremur árum var mesta þörfin á kælingu árið 2021 og minnst 2023 en lítill munur er þó á. Öll árin var júní sá mánuður sem að meðaltali þurfti mesta kælingu og öll árin var hágildi kælingar í júlí, þ.e. 18. eða 19. Júlí.

Þegar horft er til notkunar kerfisins er ljóst að, að meðaltali sé 12-13% af afkastagetu þess nýtt en þeir toppar sem kælikerfið þarf að að sinna eru 78 - 81% nýting kerfisins.

Ljóst er að kælikerfið á Lynghálsi 4 er rétt stærðað kerfi með tilliti til álags. Nauðsynlegt er að það sé jafn stórt og raun ber vitni til að tryggja góða innivist starfsfólks á álagsmestu dögunum en langt er frá að að 4 l/s af köldu vatni fari daglega í kælingu byggingarinnar.