Akvifär en bra affär i Luleå

Sex borrhål försörjer varuhus, hotell och bostäder med värme och kyla i Luleå. Under det nya kvarteret finns en .

Ett tätt snöglopp möter på Luleå Järnvägsstation i den helsvarta morgonen. Det är ett av säsongens första snöfall. Utanför stationen går en man med skyffel och skottar undan nysnön. Medelst pulsning går dock det att nå de centrala delarna av stadens köpcentrum där Fastighets AB Norrporten låter uppföra ett byggnadskomplex där värme- och kylförsörjningen grundas i ett akvifärlager.

I detta klimat är det uppenbart att kylbehoven är mindre än i södra Sverige. Beräkningar för just detta byggkomplex visar att det under nästan 3 000 timmar om året inte finns något effektbehov för kylning. Dessa timmar används frikyla. Däremot finns värmebehov hela året.

Bygget – som inte är helt klart – tornar upp sig på en tvärgata till den stora gågata som skär genom staden. Vissa delar har invigts, bland annat ett nytt varuhus och butiker, och i november blir även hotelldelen klar med sina 158 rum och 10 våningar. Bostadsdelen står klar nästa år. Den totala a-temparean är drygt 29 100 kvadratmeter. Projektet har hållit på i många år, och låg under en period på is. För några år sedan fick det fart igen och nu pryder alltså nya byggnader tomten, som tidigare bland annat bestod av en parkeringsplats.

Beprövad teknik
I projektet har Norrporten använt sig av en modell för värme- och kylförsörjning som man har erfarenhet av sedan tidigare. Den bygger enkelt uttryckt på en akvifär eller bergvärmeanläggning för värme och kyla, kombinerad med en energicentral. Tekniken har företaget tillämpat i bland annat Örebro, Jönköping, Helsingborg och Sundsvall.

Grunden för energisatsningen i Luleå är en noggrann geologisk analys som genomfördes av WSP för fyra år sedan, som visade att det gick att med borrhål ta ut drygt 500 kW effekt frikyla och -värme vid ett delta-t på sju grader (in- och uttemperatur i akvifären). Akvifärvolymen är på 72 800 kubikmeter.

Väl på plats visar Norrportens byggledare på plats, Maria Ekman, runt i både delar som är under uppbyggnad och delar som precis får sista finishen. Efter en tur ovan jord kommer vi ner till energicentralen konstruerad av Egma Systems. Den kan sägas vara fastighetens installationstekniska hjärta. Här finns all värme- och kylteknisk utrustning, bestående av två värme- och kylmaskiner (kallade energimaskiner), både plats- och fabriksbyggd shuntutrustning för värme- och kylfördelning samt styrutrustningen.

Testade flera lösningar
Mikael Torstensson är projektchef hos Norrporten. Enligt honom har företaget planerat bygget sedan 2008, då de första energistudierna genomfördes av Norconsult och WSP. Sedan dess har både planläggning och energilösning ändrat sig.
– Vi jobbade från början med flera olika energialternativ som vi gjorde LCC-beräkningar på, med utgångspunkt i fjärrkyla och fjärrvärme. Alternativen var bland annat fjärrvärme och kompressorkyla eller fjärrvärme och borrhålskyla. Det sistnämnda uteslöts dock eftersom vi inte kan borra så många hål som behövs i marken.

Det slutade alltså med akvifärlösning, där två värme- och kylmaskiner står för energitillskott ifall det behövs.  Akvifären har en varm och en kall sida. Vatten tas upp och återförs på 15 meters djup i sex borrhål. Rörmaterialet som kommer i kontakt med akvifärvattnet är av syrafast stål, för att klara det bräckta vattnet.

Enligt de beräkningar som gjorts kommer medeleffektbehovet av värme i byggnaden att ligga på 350 kW en januaridag i Luleå, med ett delta-t på 10 grader behöver flödet bli 3,4 l/s, samtidigt som kyleffektbehovet är 23 kW.
I möjligaste mån används frikylning via uteluft. Då kylbehov uppstår sommartid används femgradigt vatten för växling mellan brunnar och sekundärsystem. Returen som då temperaturhöjts till 13,6 grader pumpas ner i akvifärens varma sida. Sommartid är det sammanlagda kyleffektbehovet 600 kW och värmeffektbehovet 21 kW. I undercentralen där all vvs- och energiteknisk utrustning är placerad finns också anslutning till fjärrvärme för den skull att man behöver spetsvärme.

Värmevattnet blir sedan ytterligare uppvärmt till 60 grader med hjälp av den ena av de två energimaskinerna. Dess kalla sida kan användas för direktkylning av andra delar av byggnaden, eller pumpas direkt ner i akvifären. 

Underkylare ger mer energi
De två köldmediekretsarna är utrustade med varsin underkylare vars uppgift är att kyla returen från kondensorn vilket gör att extra energi tillförs till systemet som annars skulle ha gått till spillo. Energin från underkylarna har en temperatur om 20 till 30 °C och nyttjas för att förvärma tappvarmvatten samt att försörja ytterligare den mindre energimaskinen med energi till dess förångare. Tappvarmvatten (som i första hand ska användas i de blivande bostäderna, hotellrummen samt spa-avdelningen i hotellet) produceras i två steg. Först förvärms tappvarmvattnet med energi från underkylarna i energimaskinen. Den energi som tillförs i detta steg erhålls från underkylarna i samma maskin. Därefter slutvärms tappvarmvattnet av den andra energimaskinen som klarar av att leverera 55 till 60 °C med mycket hög COP–faktor till följd av dess höga förångningstemperatur (20-30 °C). Då det inte föreligger tappvarmvattenbehov utnyttjas den mindre energimaskinen istället för att stötta den större vid värmeproduktion, vilket höjer systemverkningsgraden avsevärt.

Till systemet finns fyra ackumulatortankar med en kapacitet på tre kubikmeter vardera i taket på energicentralen. Tankarna som används för lagring av värmevatten för både värme- och tappvarmvattenproduktion samt för underkylskretsen. Temperaturen i tankarna beror på användningsområde.

Exakta beräkningar
Eftersom fastigheten består av flera byggnader med helt olika verksamhet har varje del energiberäknats.
– Beräkningarna har varit väldigt noggranna, ned på kvadratcentimetern, för att vi ska kunna optimera systemen, säger Mikael Torstensson.
– Kalkylen för energicentralen i Luleå blev något mer avancerad än i våra tidigare projekt, men erfarenheter visar att en energicentral av den här typen betalar sig på mellan fem och tio år, säger Mikael Torstensson.
Butiksdelen, med Åhléns som största kund, räknar han inte med ska bidra med speciellt mycket värme.
– De har inga kylmaskiner eller frysrum, däremot har hotellet det, säger Mikael Torstensson.
Däremot har belysningseffekten kunnat hållas nere, vilket varit positivt ur kylsynpunkt samt ger lägre elanvändning, tack vare hyresgästens miljötänkande.
– Åhléns har arbetat med två rumsfunktionsprogram och i det ena har man sänkt det totala effektkravet per kvadratmeter från 80 watt per kvadratmeter till 50 watt kvadratmeter. Det minskar ju kylbehovet kraftigt.
Bostadshuset i kvarteret Hunden blev inget passivhus, vilket man hade tankar kring från början. Enligt Mikael Torstensson visar energiberäkningarna dock att man klarar att komma ner till 65 procent av den för Luleå satta energianvändningen enligt byggreglerna. Målet är att certifiera byggnaden för guldklass i Miljöbyggnad.  Den kyla och värme energicentralen inte klarar att leverera kommer man att köpa från Luleå Energi.

Mark Kretz, Energi & Miljö nr 12/2013 sidan 24-27

• FAKTA: Kavrteret Hunden
  Kostnad: 600 miljoner kronor
  Butiksytor: 4 000 kvm
  Kontor: 5 200 kvm
  Hotell: 158 rum
  Lägenheter: 30
  Parkeringsplatser: 134
  Byggherre: Fastighets AB Norrporten
  Byggentreprenör: Peab
  VVS-konsult: Norconsult
  Energikonsult: WSP
  VVS-entreprenör: Imtech
  Ventilations- och styrentreprenör: Bravida
  Konstruktör av energicentralen: Egma Systems