Värmeöverföring och odling i bergrum

Sammanfattning: Det här projektet är gjort som kandidatexamensarbete inom hållbar energiteknik på KTH vårterminen 2020. I dagens samhälle ställs höga krav på butiker och odlare att alla typer av färska grönsaker, örter och frukter ska finnas tillgängligt året om, oavsett säsong eller klimat. Detta medför mycket frakt och stor miljöpåverkan samt höga priser. Att odla nära konsumenterna värdesätts i en värld som blir mer och mer miljömedveten. Genom stadsodlingar och inomhusodlingar kan grönsaksproduktionen komma närmare slutkonsumenten och på så sätt minskar transporten och priserna förväntas sjunka. Dessa odlingar är ofta hydroponiska, det vill säga att odlingen sker utan jord och istället används vatten med näringslösning. I urbana miljöer är dessa odlingar oftast belysta med artificiellt ljus då de ofta huserar inomhus i gamla lagerlokaler eller parkeringsgarage, redan färdiga byggnader med stor yta.I det här projektet har det undersökts om en hydroponisk odling skulle vara möjlig i ett bergrum i Jämtland som tidigare använts som ammunitionsfabrik och förråd av militären. I dagsläget är några av dessa rum omgjorda till en tunnel för längdskidåkning som heter MidSweden365, men delar av anläggningen används inte. Skidtunneln kyls ned av en kylanläggning som genererar spillvärme som idag inte tas tillvara på.Frågeställningarna för det här projektet är hur mycket värme en odling i ett bergrum skulle generera och om detta är tillräckligt för att hålla odlingen vid konstant temperatur eller om mer värme behöver tillsättas, till exempel med spillvärme från skidtunnelns kylanläggning. Det undersöktes också om en uppvärmning av närliggande bergrum skulle påverka skidtunnelns skyddande permafrost. För att svara på frågeställningarna beräknades energibalansen i odlingsrummet utifrån de krav som finns på växtbelysningen vad gäller dess ljusegenskaper, och därmed antal lampor som behövs, samt hur stor kyleffekt berget har. Växtlamporna är på och av i 12 timmars cykler, vilket medför att ingen värme generas under 12 timmar. För att ta reda på värmens fördelning i berget mellan utrymmena och vilken kyleffekt berget har på odlingsrummen gjordes simuleringar i COMSOL Multiphysics. Simuleringarna gjordes för olika fall då rummet haft olika fall av isolering samt för olika tidpunkter, 1 år och 10 år.Ur beräkningarna kunde det konstateras att den avgörande faktorn för antalet lampor är lampornas belysningarea och rummets totala energiåtgång bestämdes utifrån detta antal. Genom simuleringarna bestämdes det att värme behöver tillföras då lamporna både är av och på för alla fall av isolering för de två tidpunkterna. Permafrosten runt skidtunneln kommer att påverkas och efter 10 år förväntas den minska från 3 meter utan odling till mellan 1–1,8 meter från skidtunnelns vägg beroende på fall av isolering. Även om det blir en minskning av permafrosten anses det inte innebära ett problem för skidtunnelns fortsatta drift.