Kontorskyla : Kan borrhålskyla ersätta en kylmaskin?

Sammanfattning: Syftet med rapporten är att göra en jämförelse av två olika metoder för att kyla ett fiktivt kontorshus som är 2 000 m² stort och beläget i Västerås. För att representera ett normalt kontorshus har kyleffektbehovet valts till 50 W/m² vilket ger totala kyleffektbehovet 100 kW. I ena fallet finns en kylmaskin som kyler byggnaden och i andra byts kylmaskinen mot ett antal borrhål som motsvarar hela kyleffekten. För att kunna bedöma de tekniker som har använts har energianvändning och växthuspotential beräknats i ett livscykelperspektiv. Denna energianvändning beräknas som inbäddad energi, vilket är all energi som använts från framtagande av råmaterialen till färdiginstallerat system. Växthuspotentialen beräknas i alla dessa steg som totala koldioxidekvivalenter. Ett sätt att bedöma den energibesparing som har gjorts är med en EROI-analys. EROI beräknas som sparad energi dividerat med investerad energi och är ett dimensionslöst tal som ger en indikation på hur värdefull investeringen är från energisynpunkt. Kylbehovet som finns i byggnader består av värmeöverskott, som uppkommer av bland annat belysning, datorer, kopiatorer och värme från människor. För att kyla bort denna värme finns ett antal olika kyltekniker. Kylmaskinen betraktas ofta som det klassiska sättet att skapa kyla, men är förknippad med en stor energianvändning under dess drift, främst till kompressor-drift. Till borrhålslösningen utgör en cirkulationspump enda elbehovet för att kunna skapa kyla, eftersom denna driftenergi är mycket lägre än för kylmaskinens kompressor ses ofta kyla från borrhål som gratis- eller frikyla. Byggnadens kylenergibehov har bedömts till 40 kWh/m2, år eller totalt 80 000 kWh/år. Detta kylenergibehov ger upphov till driftenergibehov. De årliga elbehoven beräknades till 26 145 kWh/år för kylmaskinen och 2 000 kWh/år för borrhålen. Dessa elbehov motsvarar de totala energierna 4 235 460 MJ för kylmaskinen samt 324 000 MJ för borrhålen under byggnadens livslängd. För att beräkna den inbäddade energin i dessa två lösningar krävdes livscykelanalyser. Det framkom snart att det inte fanns, av denna anledning användes byggvarudeklarationer för komponenterna. Till det hämtades livscykelanalyser för material. I de fall där det funnits varken livscykelanalyser eller byggvarudeklarationer har antaganden gjorts. Det som saknades var information om vad en kylmaskin innehåller, därför har det antagits att en värmepump och kylmedelkylare tillsammans kan fungera på samma sätt som en kylmaskin. Resultatet av beräkningarna för den inbäddade energin, tillverkning och transporter, beräknades till 74 627 MJ för kylmaskinen och 480 490 MJ för borrhålslösningen. Koldioxidutsläppen i samma skeden blev 4,8 ton koldioxidekvivalenter för kylmaskinen respektive 29,5 ton koldioxidekvivalenter för borrhålen. De stora skillnader som ses i inbäddad energi och koldioxidekvivalenter uppkommer av dieselanvändning, som krävs för att borra borrhålen. I denna rapport studeras scenariot att ersätta en kylmaskin som använts i fem år med ett antal borrhål, med samma kyleffekt, om detta kan vara fördelaktigt ur en energi- och miljömässig synpunkt. Studien visar att efter bara 4,5 år använder borrhålslösningen mindre energi, trots den höga inbäddade energin vid installationen. Den stora skillnaden består av elbehovet i driftskedet, där borrhålen har en cirkulationspump som använder betydligt mindre el än kylmaskinens kompressor. Den andra kategorin som har undersökts i denna studie har varit växthuspotential i form av koldioxidekvivalenter, som uppkommer under hela livstiden för båda lösningarna. Ett av kylmaskinens utsläpp kommer från köldmediet (R407C), ett kg köldmedie motsvarar 1 526 kg koldioxidekvivalenter. Det antogs att 4 % av detta köldmedie årligen läcker till omgivningen under alla år 45 år, detta läckage gav en total växthusverkan på 46,6 ton koldioxidekvivalenter. Det förekommer även stora koldioxidutsläpp i driftskedet, eftersom elbehoven är totalt 1 177 MWh för kylmaskinen och 90 MWh för borrhålen. En litteraturstudie visade att koldioxid-utsläppen vid produktion av el varierar mycket beroende på vilka förhållanden som råder, utsläppen varierar från 0 till 1 269 kg/MWh. Det visade sig dock att borrhålets koldioxid-utsläpp är lägre än kylmaskinens även vid låga koldioxidemissioner från elproduktion. Detta beror på läckaget av köldmedie som förekommer i kylmaskinen. Resultaten visar att oavsett utsläpp från elproduktion kommer borrhålen ha en lägre växthuspotential än kylmaskinen. Om kylmaskinen skulle användas under byggnadens livslängd skulle den ha en viss inbäddad energi och om borrhålen användes under byggnadens livslängd skulle de ha en annan inbäddad energi. Skillnaden i dessa energier kallas sparad energi. Investerad energi beräknas som den energi som krävs för att ersätta kylmaskinen med borrhålen. Med sparad och investerad energi kan först nettoenergin beräknas som skillnaden mellan dessa, den blev 3 089 025 MJ. EROI beräknas sedan som kvoten av sparad och investerad energi och blev 7,4, vilket innebär att ett byte av en befintlig kylmaskin till en borrhålslösning är fördelaktig ur energisynpunkt.