Spillvärme kyler i Uppsala

En ny kylcentral förser sedan början av sommaren tre stora forskningslaboratorier i Uppsala med mer elsnål kyla. Tack vare frikyla, en absorptionskylmaskin och smart dimensionering kan mycket el sparas.

Solen värmer asfaltsplanen framför de två långa, gråa byggnaderna vid Ångströmlaboratoriets ena gavel. I en av byggnaderna finns den nya kylcentralen som sedan i juni tillverkar nödvändig kyla åt Ångströmlabbet, Biomedicinskt centrum (BMC), Informationsteknologiskt centrum (ITC) och nya experimenthallen Freia. Kylan transporteras till anläggningarna via ett nytt lokalt fjärrkylenät.
I den andra byggnaden finns undercentralen som förser Ångströmslabbet och Freia med kyla, och fjärrvärme på vintern. BMC och ITC har egna undercentraler.

Två månader extra per år
Den varma sommardag då Energi & Miljö är på besök är det kyla som efterfrågas. Inne i kylcentralen surrar det kraftigt om de tre nya elkompressormaskinerna med kapacitet 5,5 megawatt, som behövs en dag som denna. Stora delar av året står de dock stilla. Mellan oktober och april används mestadels frikyla. När utetemperaturerna kryper upp över 11 °C på dagen kör absorptionskylmaskinen igång och gör kyla med hjälp av salt och fjärrvärme.
- Maskinen gör att vi kan använda frikyla under en längre säsong. I stället för att avbryta när det blir plus fem grader kan vi köra till plus elva grader. Det blir en månad extra både på våren och på hösten utan elmaskiner, säger Kjell Karlsson, projektansvarig hos Vattenfall Värme.

Klart på fyra månader
Tillsammans med en kollega har han konstruerat den nya kylcentralen som är en investering på cirka 70 miljoner kronor totalt för Akademiska hus och Vattenfall. Projektet har pågått sedan februari 2012, men bygget gick på fyra månader – mellan november och februari i år.
- Det är snabbt med tanke på allt nytt som kommit på plats. Ett nytt hus, nya kulvertar, kyltorn, maskiner, rör, värmeväxlare och pumpar, säger Kjell Karlsson.
I början av april gjordes omkopplingen från Ångströmlabbets och ITC:s gamla kylsystem till det nya, och sedan dess pågår intrimningen. Så snart som möjligt kommer även BMC att kopplas in till den nya kylcentralen. Allt sker enligt ett strikt tidsschema som har stora likheter med industrins underhållsstopp. Forskningsverksamheterna med datorer och renrum kan inte avbrytas hur som helst och är mycket känsliga för störningar.
- Kraven härifrån är likartade de vi har från läkemedelsfabrikerna som vi levererar kyla till. Det är 99,99 procents tillgänglighet som gäller, säger Kjell Karlsson.

Händer en gång i livet
Projektledaren Niklas Källman från Helenius Ingenjörsbyrå har haft en hektisk tid. Det har handlat mycket om arkitektur, miljökrav, ljud och vibrationer. Att få samarbetet att klaffa mellan alla de stora aktörerna; Vattenfall, Akademiska hus och forskningsverksamheterna, har också varit en spännande utmaning.
- Det här är ett once-in-a-lifetime-projekt. Jag tror inte att jag kommer att få uppleva något liknande så många gånger till, säger Niklas Källman.
Resultatet är en anläggning som ska förse sammanlagt 180 000 kvadratmeter lokal med kyla. Kylkapaciteten är 20 GWh per år, vilket är nästan dubbelt så mycket som tidigare. Det ska räcka för att även klara en utbyggnad av Ångströmlabbet på mellan 30 och 35 000 kvadratmeter, samt komfortkyla på BMC som även projekterar en ny, värmealstrande serverhall.

Spillvärme till framledningen
Hjärtat i kylsystemet är en ljusblåmålad absorptionskylmaskin på drygt två megawatt där drivmediet är 85-gradigt fjärrvärmevatten. Ett salt av litiumbromid gör att förångning kan ske vid låg temperatur. Tack vare en frikylaväxlare är det möjligt att ta vara på kyla från uteluften vid upp till 13 °C. En ny, smart lösning gör också att spillvärmen från maskinen kan levereras ut på fjärrvärmens framledning i stället för returen.

- Under den del av året då stadsdelarna häromkring har större värmebehov pumpar vi ut 68-gradigt vatten på framledningen härifrån, säger Kjell Karlsson.
Lösningen sparar el åt Vattenfall, som får bättre elverkningsgrad på de turbiner som drivs av ånga från sopförbränningen i Boländerna. Dessutom kan ångturbinerna producera cirka 500 kWh mer el till annat än kylning.
- Man får bättre exergi av det hela – först används ångan för att göra el, sedan blir det fjärrvärme och därefter kyla som i sin tur levererar ytterligare fjärrvärme i form av returvärmen, säger Kjell Karlsson.

Sparar pengar – inte energi
För Akademiska hus och deras hyresgäster förväntas den nya kylcentralen leda till lägre kostnader, tack vare ett nytt avtal med Vattenfall för både värme och kyla. De egna gamla kylmaskinerna är utkastade eller ska användas som reserver.
- Det blir mer ekonomiskt nu, eftersom kylan görs med hjälp av spillvärme i stället för dyrbar el. Däremot blir det inte någon egentlig energibesparing, utan det handlar främst om att ersätta el med värme. Men kylenergin blir ändå mer miljöanpassad, eftersom kylan tillverkas av sopförbränningsvärme, säger Stefan Eneroth, energistrateg hos Akademiska hus.
I en nära framtid ser han också möjligheter för Ångströmlabbet att bidra med mer värme från Uppmax serverhall som nyligen fått en effektökning om 150 kW (se Energi & Miljö nr 2/2013).

Tar bort legionella
Kjell Karlsson visar runt i kylcentralen och listan över nya installationer blir fort lång. Livscykelanalys har använts genom hela projektet, så det är inte främst priset som har styrt valet av produkter. Energi är också pengar och genom att exempelvis ersätta torra kyltorn med våta sparar anläggningen mycket energi. Dessutom har de nya elkompressormaskinerna ett COP på 7, i stället för 3,5 som de gamla.
På ena väggen hänger två stora, metallglänsande tankar. Det är bakteriereningen som Kjell Karlsson har konstruerat för att bland annat ta bort legionella. I tankarna värms vattnet till 70 grader och efter 10 minuter har 90 procent av bakterierna dött. Efter ett dygn är allt vattnet steriliserat.
- Det är helt kemikaliefritt utöver en korrosionsinhibitor, säger Kjell Karlsson.
Kylcentralen är klar. Nu fortsätter samarbetet enligt avtalet med att anpassa utrustningen inne i Ångströmlabbet, BMC och ITC till de nya temperaturkraven. Ett nytt viktigt steg för att göra kylsystemet effektivt handlar om att inte köra ut onödigt kall kyla. Tidigare har Ångströmlabbet haft sju-gradig kyla in. Nu höjs det till 8 °C på sommaren och 12 °C på vintern. En åtgärd som kan spara flera hundra tusen kronor per år i lägre driftkostnader. Möjligheten att minska byggnadernas värme- och kyleffekter ska också undersökas.

Marie Granmar, Energi & Miljö nr 8 2013 sidan 22-25

  • FAKTA:  Förbättrad verkningsgrad
    Nya leveranstemperaturer används för att ge kylsystemet bättre verkningsgrad. I stället för att som tidigare köra ut sju-gradig kyla till fastigheterna blir det nu åtta °C på sommaren och tolv °C på vintern. Åtgärden förväntas leda till flera 100 000 kronor lägre driftkostnader per år.
  • FAKTA: Kyler tre byggnader
    Totalt kyls 180 000 kvadratmeter kontor, lektionssalar, labb och renrum av den nya kylcentralen. Ångströmlaboratoriet står för knappt 80 000 kvadratmeter, BMC för 100 000 kvadratmeter och ITC för resten.
    Kylcentralen har 7,5 MW installerad kyleffekt, varav tre elkompressormaskiner på sammanlagt 5,5 MW och en absorptionskylmaskin på 2 MW.

    Absorptionskylmaskinen är en vidareutvecklad version av de standardmaskiner som finns på marknaden. Bland annat har maskinen större ytor samt dubbelströmning. Fjärrvärme som kommer in i maskinen håller 85 °C och ut kommer 68-gradigt vatten. Eftersom vattnet ut håller så hög temperatur går det att skicka till framledningen i stället för till returen.
    MG