Lagrad energi kyler och värmer Karolinska
Värmepumpar som samverkar med ett borrhålslager ska ge både kyla och värme till Nya Karolinska Solna. Det ska bidra till en riktigt energisnål klimatisering av sjukhuset. Byggnaden ska klara sig med 58 kWh köpt energi per kvadratmeter och år, vilket är cirka 60 procent under BBR för ett sjukhus.
Nya Karolinska Solna (NKS) är ett av landets största byggnadsprojekt. Över 1 500 byggarbetare och tjänstemän ska se till att sjukhuset med cirka 320 000 kvm bruttoarea (BTA) står helt färdigt 2017. Ambitionerna är på många sätt höga från byggherren Stockholms läns landsting, bland annat vill man att det ska bli världens mest hållbara universitetssjukhus. Begrepp som ”grönt” och ”miljöprestanda” är flitigt använda i marknadsföringen från inblandade aktörer. Byggnaderna ska i huvudsak förses med värme och kyla från geoenergi, i en samverkande lösning. En central del är borrhålslagret med 154 hål.
All teknik i en byggnad
Borrhålslagret ligger intill det som ska bli ett så kallat teknikkvarter, med en separat byggnad som ska inrymma all teknisk försörjning, som reservkraft, tele, medicinska gaser, data, värme och kyla. Här ska installeras de värmepumpar som ska försörja sjukhusbyggnaderna. Allt inom teknikkvarteret ska vara på plats år 2014.
Sjukhusbyggnaderna ska uppföras av Skanska Healthcare, som i sin tur anlitat Sweco och ÅF till projektering av el och vvs. Drygt 240 konsulter har varit inblandade i den delen av uppdraget.
Projekteringsansvarig hos Skanska Healthcare är Anders Wiklund, som berättar om hur den samverkande värme- och kyllösningen tagits fram.
– Landstinget började med en förfrågan på en värmepumplösning med 700 borrhål, och med en bioenergipanna för spetsvärme. Men sedan blev det förhandlingar mellan Skanska och landstinget. Som beställare av ett sjukhus ansågs redundans viktigt och då ville man utnyttja både fjärrkyla och fjärrvärme som finns i närheten. Därför kunde borrhålslagret krympas, och man har nu möjlighet att ta full effekt från både fjärrvärme och fjärrkyla som reserv, förklarar han.
Reserverat för t-bana
Förslaget på 700 borrhål föll även på att många hål skulle hamna under byggnader, vilket skulle göra dem svåråtkomliga i drift. Dessutom skulle det bli många värmepumpar utspridda i flera byggnader.
Borrhålslagret har borrats tidigare i år. Det når ett djup av 220 meter, och är samlat på en markyta av cirka 7 000 kvadratmeter. De flesta hålen ligger under ett blivande p-hus, som ska byggas ihop med teknikbyggnaden.
Hålen i lagrets ytterkanter är borrade snett utåt, så den samlade volymen är cirka 1,6 miljoner kubikmeter.
Att hävda plats för en så stor bergsvolym har krävt viss anpassning.
– Vi har ett reservat för eventuell tunnelbana som skär i kanten. Där fick vi avstå från att borra, säger Anders Wiklund.
Här ska alltså energin för de olika säsongerna lagras. Lagertemperaturens säsongsvariationer beräknas pendla från någon minusgrad upp till 15-16 plusgrader.
Borrhålslagret är projekterat av Sweco och ÅF. Eftersom utformning och dimensionering är känsliga har det även granskats och godkänts av en utomstående aktör. Om det senare visar sig att energibehovet ökar kan lagret byggas ut, då det finns mer markyta att borra i.
De värmepumpar som ska stå i teknikbyggnaden är ännu inte upphandlade.
– Vi håller på att ta fram förfrågningsunderlag, förklarar Anders Wiklund. Det är orsaken till varför han inte lämna ut alla specifikationer.
Klart är i alla fall att det krävs tre värmepumpar som ska kunna ge 1,5 MW värmeeffekt vardera, alltså 4,5 MW sammanlagt.
Ständig kyla behövs
Värmepumparna i samverkan med borrhålslagret ska klara grundbehovet av värme och kyla. Mycket av medicintekniken alstrar värme och behöver ständig kyla.
– Byggnaderna behöver kyla och värme hela året. Men under stora delar av vår och höst är driftförutsättningarna optimala, all kyla och värme som alstras kan användas direkt. Då behöver inte värmepumpen arbeta mot borrhålslagret, förklarar Anders Wiklund.
Vinterns driftfall med värmebehov innebär att värmepumparna hämtar värme ur borrhålslagret. Även vintertid finns visst kylbehov i sjukhuset, men det ordnas via frikyla från uteluften.
Vinterns värmeuttag innebär att berglagret kyls. Ur bergmassan hämtas sedan kyla under sommartid, med stöd av värmepumpen. Värmepumpens kyldrift under sommaren ger också ett tillskott av varmvatten som täcker sjukhusets behov.
Sjukhusets effektbehov för kyla ligger som högst på sju till åtta MW, men värmepumpen når knappt hälften av denna effekt. Under varma dagar med stort kylbehov spetsar man först med berglagret, och eventuellt med fjärrkyla.
Denna lösning gör att elbehovet är förhållandevis lågt.
– 80 procent av kylan är frikyla, eller från borrhålslagret.
Gardering finns
Liknande förhållanden råder för värmebehovet, den tillgängliga lokala värmeeffekten är mindre än hälften av det beräknade högsta behovet.
– Värmepumparna ska klara att ge 4,5 MW värme, men vid 20 minusgrader behöver sjukhuset 12 MW, det är en rätt stor skillnad, konstaterar Anders Wiklund.
Men det är bara tillfälliga effekttoppar som ska kapas med fjärrkyla och fjärrvärme. Ser man till det totala energibehovet för värme och kyla för Nya Karolinska Solna så beräknas den lokalt installerade tekniken kunna täcka det till 95 procent.
Samtidigt är fjärrkyla och fjärrvärme dimensionerade att kunna ta över hela försörjningen om värmepumparna eller borrhålslagret faller ifrån. Som sjukhus med känslig teknik, och svårt sjuka patienter, är det viktigt att gardera sig för att kunna hålla temperaturen inom vissa givna gränser.
– Sjukhuset har stora krav på redundans och driftsäkerhet, understryker Anders Wiklund.
Samtidigt finns krav att värmepumparna, i egenskap av kylmaskiner under sommaren, ska kunna klara stora delar av kylbehovet om fjärrkylan försvinner.
– Det ska åtminstone räcka till att kyla den medicinsktekniska utrustningen och vissa prioriterade lokaler, bland annat operationssalar. Men inomhusklimatet kan bli sämre om fjärrkylan slås ut.
Mobila värmepannor
Kylan och värmen är alltså ordentligt uppsäkrade för att klara haverier och krånglande teknik. Det finns ytterligare nödlösningar. Anders Wiklund berättar att i kulvertarna ska det finnas uttag där mobila värmepannor och dito kylmaskiner ska kunna anslutas.
Hela värme- och kyllösningen är utformad för att värmepumpen ska kunna prestera en hög värmefaktor.
– Systemet jobbar med låg temperatur på värmesidan och hög temperatur på kylsidan. Det ska ge gynnsamma förutsättningar för värmepumpen, den ska inte behöva lyfta temperaturerna så mycket, säger Anders Wiklund.
Distribution av kyla ska till största delen ske genom tilluftskylbafflar. Värmen ska distribueras genom ett radiatorsystem. Vad det hela ger för värmefaktorer på årsbasis (COP) går ännu inte att få klart besked om, då värmepumparna inte är upphandlade. Men man utgår från prestanda och effekter som i dag erbjuds av värmepumpleverantörer. Det gör att man räknar med en samlad eleffekt kring 1 MW. Man räknar alltså att kunna få ut upp till 4,5 MW värme vid optimala driftförhållanden, och 3,2 MW kyla i bästa fall.
Det kan noteras att detta värme- och kylkoncept inte är oprövat. En liknande lösning finns i moderniserade Vällingby centrum, och har fungerat väl, uppger Anders Wiklund.
Så var det frågan om sjukhusets energibehov. Själva fastighetsdriften uppges vara fastställd till 110 kWh per kvadratmeter och år. BBR tillåter 145 kWh för ett sjukhus. Men beräkningarna pekar på att Nya Karolinska Solna ska klara sig med 58 kWh köpt fastighetsenergi per kvadratmeter och år, med de nuvarande lösningarna. Merparten är el till värmepumpar och luftbehandlingsaggregat.
Återvinning ur frånluft
Landstinget har hårdare krav än BBR, då man vill ha byggnaderna certifierade enligt miljöklassningssystemet Miljöbyggnad i dess högsta klass guld.
– Då ska fastighetsenergin ligga på 65 procent av BBR-kravet, vilket är cirka 95 kWh. Utan värmepumparna hade vi inte klarat det, konstaterar Anders Wiklund.
Bidragande till den låga energianvändningen är också värmeåtervinning ur frånluften, som alltså värmer tilluften. Eftersom det är sjukhusmiljö är kraven höga på luftens renhet. För att inte riskera smittämnen i tilluften ska man använda vätskebaserad batteriåtervinning, där tilluft och frånluft är helt separerade.
– De aggregat som finns har 73 till 80 procents återvinning, lite olika beroende på storlek. Men de har inte upphandlats ännu.
Av Björn Åslund, Energi & Miljö nr 11/2011 sid 42-44
Fotnot
Nya Karolinskas energibehov är beräknade enligt BBR 16. I dag gäller BBR
18 och där är kraven likadana, alltså max 145 kWh/kvm/år. BBR 19 skärper kravet till 125,5 kWh, men börjar inte gälla fullt ut förrän 1 januari 2012.
- Fakta
Nya Karolinska Solna byggs av Stockholms läns landsting, och ersätter det gamla Karolinska. Här ska bedrivas högspecialiserad sjukvård, för de mest krävande patientfallen.
Det byggs enligt modellen offentlig-privat-samverkan, något som aldrig tidigare tillämpats på sjukhus i Sverige. Fördelen med detta anses vara att kostnader och tid kan styras hårdare, och att riskerna för ökade kostnader tas av projektbolaget Swedish Hospital Partners.
Själva byggproduktionen utförs av Skanska Healthcare.
