Värme kyler universitetet

På Ultuna i Uppsala kyls SLU:s lokaler av absorptionskyla från ett lokalt fjärrkylanät. Denna ska dock kompletteras med kyla från en akvifär eller kompressorkyla.

Lada med annorlunda innehåll. Foto: Mark Kretz

När Vattenfall Värme Uppsala och Akademiska hus skulle göra iordning en gammal lada på Ultuna i Uppsala fann man oväntade problem. Ladan skulle rymma inkommande fjärrvärme och den absorptionskylmaskin som skulle förse SLU (Sveriges lantbruksuniversitet) med kyla. Men marken där absorptionskylmaskinen skulle stå bestod av lera, vilket är ett för dåligt underlag för en så tung maskin. Fastighetsägaren Akademiska hus blev därför tvungna att gräva ut och fylla på med hållbarare material under maskinen. Man grävde en tre meter djup grop och fick då ett nytt bekymmer på halsen. I gropen visade det sig att det fanns en skeppssättning och 30 andra gravar från folkvandringstiden, vilket gjorde att arkeologer inkallades och med sina verktyg varsamt kunde ta hand om resterna.

Kyllösning Hela projektet hade dock börjat några år tidigare, då Akademiska hus började planera för någon typ av kyllösning av SLU-området. Området står inför en stor expansion, med många nya lokaler som behöver komfort- och processkyla. I ett tidigt skede kopplades Vattenfall Värme in eftersom man hade ett avtal om energileveranser till området till år 2014. Kjell Karlsson, projektledare för kyl- och värme hos Vattenfall Värme Uppsala: – Just att vi hade energileveranserna till Akademiska Hus gjorde att vi hade ett koncept för hela processen klart vilket gjorde att projekteringen av kylan gick fort. Akademiska hus hade börjat detaljprojektera en egen kylcentral, men beslutade att låta oss ta hand om även kylleveranserna, berättar han. Vattenfall Värme Uppsala har i dag ett fjärrkylasystem som täcker delar av centrala Uppsala, med en försäljning av omkring 35 GWh fjärrkyla. Till det kommer den fjärrkyleanläggning som nu står klar i Ultuna, som ska leverera 8 GWh per år. Att dra ut fjärrkyla till Ultuna var det dock inte frågan om, avståndet är för långt för att ett sådant projekt skulle bli lönsamt. Enligt Kjell Karlsson gick man snabbt igenom de olika alternativ som fanns för lokal kylproduktion; kylmaskin, kylmaskiner med värmeåtervinning och absorptionskylmaskin. – Det tog oss cirka tre veckor att göra en analys av det bästa alternativet och ta fram en tekniklösning som fungerade. De båda alternativen med kompressorkyla, med eller utan återvinning hade sämre lönsamhet än absorptionskylmaskinen i detta fall. Vi tittade också på en lösning med bergvärme, men den lösningen skulle bli dyrare under de 15 år vi räknade med. – Det går åt åtta till tio gånger mer drivenergi för kompressorkylan än för absorptionskylmaskinen, det är skillnaden mellan cirka 50 kW och 400 kW. Till det sistnämnda ska det till kyltorn. Maskininvesteringskostnaden är lite drygt dubbelt så hög för absorptionskylmaskinen jämfört med kompressorkylan. Den lösning som man nu arbetar efter är att baslasten ska bestå av frikyla genom kyltornet och absorptionskylmaskinen. Till det ska sedan komma en akvifäranläggning, och som spets ska en kompressorkylmaskin finnas. Man planerar också att borra tre uttags- och tre återföringsbrunnar till det framtida akvifärlagret. Under området går faktiskt samma Brunkebergsås som ger Arlanda kyla och som ska kyla delar av Stockholms innerstad (se Energi & Miljö nr 10/12). – Akvifärlösningen hänger på att Akademiska Hus får vattendom på att ta ut den önskade effekten och det arbetet pågår.

Lågtemperaturdriven Detta system av absorptionskyla kan kallas lågtemperaturdriven kyla, eftersom man arbetar med en tilloppstemperatur på 85 grader Celsius, medan de i övrigt vanligaste systemen är för högtemperaturdriven kyla (120 grader Celsius eller högre). Köldfaktorn (verkningsgraden) bedömer Kjell Karlsson till 0,8, alltså lägre än motsvarande kompressorkylmaskiner. Han menar att det ändå är en bra affär för Vattenfall Värme, som i sitt kraftvärmeverk eldar sopor och får ett bättre mottrycksunderlag. – En stor del av affären är att vi kan elda kraftvärmen även sommartid, vilket motsvarar cirka åtta GWh el, som vi kan producera. Innan man valde absorptionskylmaskin gjordes studiebesök i Göteborg och Linköping, där liknande absorptionskylmaskiner finns, för att försörja ”fjärrkylaöar”. – Vi har också äldre absorptionskylmaskiner, som bygger på att värmen kom från ånga. Vid den tiden betraktades det som en spillprodukt, vilket det inte gör i dag.

Garanterad kyla I avtalet med Akademiska hus åtar sig Vattenfall Värme Uppsala att leverera en framledningstemperatur på åtta grader vid 20 graders utetemperatur, och 12 grader Celsius vid 17 graders utetemperatur. När systemet körs för fullt räknar Kjell Karlsson med en eleffektförbrukning på 55 kW, vilket är två mindre pumpar. När behoven är som störst ökar man flödet och sänker inte temperaturen i onödan, så länge den avtalade leveranstemperaturen klaras. I den gamla ladan står ännu så länge bara absorptionskylmaskinen, som alltså ägs av Vattenfall. Akademiska hus har investerat i ett nytt distributionssystem för kylan från denna kylmaskin, och står för all kringutrustning. För Vattenfall Värme Uppsala var det också en inbesparad slant att slippa dra ut fjärrkylan till Ultuna. – När vi la fjärrkyla inne i Uppsala kostade läggningen över 10 000 kronor per meter. Det säger sig självt att kan vi nå kunder med kyla från absorptionsmaskiner är det att föredra, om de har fjärrvärme framdraget.

Legionellasäkert En extra finess i denna anläggning är ett system för att ta hand om eventuell legionellatillväxt i kyltornet som används för att kyla bort överskottsvärme. Värmen tas från systemets kondensorenhet och kyla tillförs absorbatorn för kylning (se faktaruta). För att slippa använda kemikalier för att hålla legionellabakterier och andra bakterier stången har Kjell Karlsson konstruerat ett system för att tillföra kyltornet ett delflöde vatten som är uppvärmt med fjärrvärme, vilket effektivt ser till att bakteriehalterna hålls nere. För närvarande för Vattenfall Värme diskussioner om ytterligare en absorptionskylmaskin i Uppsala, med dubbelt så stor kyleffekt.

Mark Kretz, Energi & Miljö nr 12/2011 sid 18-20

• Faktaruta Det som främst skiljer absorptionsprocessen från andra kylprocesser är arbetsmediet, nämligen vatten/litiumbromid, och att drivenergin till processen är värme. En absorptionskylmaskin består i sin enklaste form av fyra huvudkomponenter: generator, kondensor, förångare (evaporator) och absorbator. Förutom huvudkomponenterna finns även interna värmeväxlare och pumpar. Systemet är konstant trycksatt till någon millibar, alltså ett kraftigt undertryck, jämfört med omgivningstrycket, vilket gör att vattnet förångas vid en temperatur som i detta fall är cirka 85 grader Celsius och lösningen koncentreras.

  Vattenångan förs vidare till kondensorn och den koncentrerade litiumbromidlösningen återförs till absorbatorn. Den värme som används i generatorn tas från fjärrvärme. Kondensorn har till uppgift att kondensera vattenångan från generatorn genom att denna värmeväxlas mot en kylvattenkrets. Det kondenserade vattnet samlas upp i kondensorn och förs till förångaren/evaporatorn. I denna är tryck och temperatur så låga att vattnet som sprutas in från kondensorn förångas av värmen som tillförs från fjärrkylareturen och kyler alltså denna. Vattenångan förs vidare till absorbatorn. I absorbatorn blandas koncentrerad litiumbromidlösning från generatorn och vattenånga från förångaren/evaporatorn. Litiumbromiden som sprayas in i absorbatorn absorberar vattenångan och skapar det låga tryck som är nödvändigt för att förångningen ska kunna ske vid låg temperatur. Då litiumbromiden absorberar vattenångan frigörs även en del värme som måste kylas bort för att behålla det låga trycket. Då litiumbromiden späds ut av den absorberade vattenångan kan den inte längre absorbera mer vatten och pumpas därför till generatorn för att koncentreras.

  De konventionella absorptionskylmaskiner som används i dag har en hög drivtemperatur, 120 grader Celsius eller högre. Används en lägre drivtemperatur krävs en större generator, eftersom den tillgängliga temperaturdifferensen mellan värmekälla och den kokande saltlösningen minskar. Även kondensorn måste göras större eftersom temperaturen mellan kylvattnet och den kondenserande ångan minskar.