Sjukehuset i Nordmøre og Romsdal er blant COWIs prosjekter som benytter seg av termisk energi i stor skala. Illustrasjon: Arkitema og Ratio.

Fremtidens termiske energiforsyning

Når COWIs eksperter på varmepumper og kjøleanlegg skal prosjektere fremtidens termiske energisystemer, er det med bærekraft og driftssikkerhet i fokus.

I 1987 kom Brundtland-kommisjonen med sin rapport «Vår felles fremtid», som ikke bare satte bærekraftig utvikling på agendaen, men lanserte selve begrepet. Hovedbudskapet handlet om at «utviklingen må imøtekomme dagens behov uten å ødelegge mulighetene for at kommende generasjoner skal få dekket sine behov». Med andre ord: hva slags ressurser vi bruker og hvor mye vi bruker av dem.

I dag fortsetter mengden klimagasser å øke, og ifølge FNs klimarapport fra 2023 skjer klimaendringene raskere enn vi har antatt. Selv om verden ikke er i rute for å nå målene i Paris-avtalen, har Norge stadig som mål å bli et lavutslippssamfunn innen 2050, og redusere egne klimagassutslipp med 90-95 prosent sammenliknet med utslippsnivået i 1990. 

Det innebærer blant annet at vi trenger mest mulig energieffektiv sluttbruk av energi til oppvarming og kjøling av bygninger, samt mer fornybar strømproduksjon. 

Bærekraft i veggene 

Den norske bygningsmassen står i dag for omtrent 40% av klimagassutslippene, og det er et stort behov for mer bærekraft i bransjen. Det skal investeres 15 milliarder i nye sykehusbygg i Norge hvert år, og Sykehusbygg HF ønsker bærekraft i alle ledd. 

I 2025 skal det etter planen stå ferdig et 60 000 m² nytt akuttsykehus på Hjelset, mellom Molde og Kristiansund. COWI har ansvar for alle rådgivende ingeniørfag i detaljprosjekteringen av somatikkbygget, i tillegg til premissgivende fag, byggteknikk, automasjon og elektronisk sikring for psykiatribygget. 

Det er mange hensyn å ta når et nytt sykehusbygg skal reises, og regjeringens målsettinger om å redusere klimagassutslipp er ett av dem. At kravene i hvert nye sykehusprosjekt skjerpes, gjør at det stadig stilles høyere krav til prosjekteringen. 

Å prosjektere varme- og kjøleanlegg til sykehusbygg er et stort og komplekst stykke arbeid, og for en VVS-ingeniør handler den kreative prosjekteringsprosessen i stor grad om å finne så energieffektive og bærekraftige løsninger som mulig. Det er viktig at anleggene faktisk gir den effektiviteten som prosjekteres i praksis, ikke bare på papiret. 

Varmepumpeanlegg. Foto: Sykehusbygg.

Mest mulig energi, mest mulig bærekraft

Med regelmessig vedlikehold har dagens anlegg lang levetid med uendret energieffektivitet i hele levetiden. Kvalitetskrav og teknologi utfra bruk og ytelse er viktige prinsipper i faget. Ved å bruke miljøvennlige medier samt komponenter og aggregater av høy kvalitet, elimineres faren for miljøskadelige utslipp til luft, jord og vann. 

Ved Sykehuset på Hjelset har COWI prosjektert en totalløsning for romoppvarming, oppvarming av ventilasjonsluft, varmtvannsberedning, romkjølig og prosesskjøling. Den termiske energisentralen består et avansert sjøvannsbasert varmepumpe- og kjøleanlegg. Varmepumpe- og kjøleanlegget benytter utelukkende miljøvennlige, naturlige kuldemedier, og det er spesifisert energieffektivt utstyr av høy kvalitet. Dette vil medvirke til gode driftsegenskaper, høy energisparing og lang levetid. 

Energisentralen er utstyrt med høyeffektive varmepumper som utnytter varmeopptak og frikjøling fra oppumpet sjøvann. Med fokus på bærekraftighet er det utformet systemløsninger og reguleringsstrategier, samt spesifisert teknisk utstyr for å oppnå en høy fornybarandel i både varme- og kjøleproduksjon. Dette inkluderer gjenvinning av kjøleenergi, høy energieffektivitet, energioptimal regulering og bruk av kun naturlige og miljøvennlige kuldemedier som ammoniakk, CO₂ og propan i varmepumpe-, kjøle- og kuldeanlegg. I tillegg er det brukt utstyr av høy kvalitet med lang levetid.

Energisentralen har også implementert innovative løsninger for å øke fornybarandelen og energieffektiviteten. Varmepumpeanlegget med ammoniakk som kuldemedium er på 910 kW, og er den mest energieffektive teknologien for denne typen anvendelser. 

For systemet som skal brukes ved maksimalt effektforbruk som inntrer i løpet av et døgn eller år (spisslastsystemet)  benyttes et 2000 kW  kjelanlegg med fornybar bio-olje (til sammenlikning kan en stor panelovn være på 1 til 2 kW). Kjølebehovet vil dekkes av frikjøling fra varmepumpedrift og sjøvann. Et 90 kW varmepumpeanlegg med CO₂ som kuldemedium vil dekke behovet for varmtvannsberedning med høy effektivitet. Energisentralen har også et nødkjøleanlegg på 400 kW, som består av nettvannskjølte kjølemaskiner med propan som kuldemedium. Kuldeanleggene for kjøl og frys vil benytte de naturlige kuldemediene CO₂ og propan.  

 

En varmepumpe utnytter omgivelsesvarme fra kilder som uteluft, berg, sjøvann eller ferskvann, og konverterer den til varmeenergi for oppvarming. Ved å tilføre elektrisk energi oppnår den en effektfaktor (COP) på mellom 3 til 5, noe som tilsvarer en energisparing på 65 % til 80 % sammenlignet med direkte elektrisk oppvarming.

Tilbake til det naturlige 

Tradisjonelt har termisk energiforsyning i Norge vært dominert av fossile brensler som olje og gass, samt varmepumper og kjølemaskiner med syntetiske kuldemedier. Med den økte bevisstheten rundt miljøutfordringer og klimaendringer, øker også bevisstheten rundt alternative og mer bærekraftige termiske energikilder. Dette vil spille en viktig rolle i overgangen til et mer bærekraftig samfunn.

Den største trusselen mot miljøet kommer av utvinning og bruk av naturresursene. Selv om det fantes mye kunnskap om fornybare løsninger lenge før Brundtland-rapporten ble lansert for nesten 40 år siden, var ikke markedet der i særlig grad. I dag har vi både inngående kunnskap, tilgjengelig teknologi og vilje til å ta hensyn til bærekraft og miljø. De senere årene har det skjedd en betydelig utvikling når det gjelder varmepumpe- og kjøleteknologi. Med mål om å redusere klimagassutslipp, skal syntetiske kuldemedier med høy drivhuseffekt fases ut mot 2030.

I dagens miljøbevisste verden har bruken av kunstige kuldemedier kjølemidler, spesielt hydrofluorkarboner (HFK), blitt et bekymringspunkt på grunn av deres sterke påvirkning på klimaet. I Europa har denne bekymringen ført til et drastisk skifte i varmepumpe- og kuldekjølesystemindustrien. Ifølge EUs F-gass-direktiv skal de farlige HFK kuldemedienekjølemidlene fases ut innen 2030. Dette har ført til en økende bruk av naturlige alternativer som propan, CO2 og ammoniakk i stedet.

Norge er et fremstående eksempel på dette skiftet, der mange varmepumpe- og kjølesystemer nå benytter seg av propan, CO2 og ammoniakk som miljøvennlige alternativer. Denne trenden har også spredd seg til andre deler av Europa, der flere produsenter av varmepumper og kjølesystemer har omfavnet naturlige kuldemedierkjølemidler.

I USA derimot, går utviklingen saktere. Landet har flere produsenter som fortsatt benytter seg av kunstige kuldemedierkjølemidler, og miljøkravene er ikke like strenge som i Europa. Til tross for dette ser man også her en gradvis overgang mot bruk av naturlige kuldemedierkjølemidler. Dette reflekterer den økende globale bevisstheten om nødvendigheten av å beskytte miljøet.

I Asia er land som Japan, Kina og India i forkant med å implementere anlegg med naturlige kuldemedierkjølemidler. Disse nasjonene jobber aktivt med å erstatte kunstige kuldemedierkjølemidler med miljøvennlige alternativer. Selv om det ikke eksisterer en fullstendig global oversikt over bruken av naturlige kuldemedierkjølemidler, er det tydelig at en global trend er i emning.

Overgangen til naturlige kuldemedierkjølemidler representerer ikke bare et teknologisk skifte, men også en forpliktelse til å bevare planeten. Det globale samfunnet beveger seg i retning av en mer bærekraftig fremtid ved å omfavne miljøvennlige alternativer innen varmepumpe- og kjøleteknologi. Denne utviklingen er et skritt i riktig retning, og den sender et viktig budskap om ansvar og omsorg for miljøet vi alle deler.

Illustrasjon av Sjukehuset i Nordmøre og Romsdal: Arkitema.

Fra isblokker til ammoniakk

Utover på 1900-tallet ble det et økende behov for industriell kjøling, men mediene som ble brukt på denne tiden var enten giftige eller brannfarlige, og det ble presserende å utvikle nye, brann- og helsesikre medier. Det var slik freonene (KFK) ble utviklet, og fordi det både var teknisk enklere og billigere, ble freon kuldemedier raskt tatt i bruk i kommersielle anlegg. 

Norge fikk sitt første på 30-tallet og det første store luftkondisjoneringsanlegget ble installert på Oslo Rådhus i 1939. I mange år brukte man altså syntetiske kuldemedier til tross for at de naturlige mediene var tilgjengelige. Da man oppdaget at stoffer som KFK og HKFK var ozonnedbrytende, utviklet man nye kjemiske kuldemedier helt uten ozonnedbrytende effekt (HFK). Til gjengjeld er disse mediene sterke drivhusgasser, i størrelsesorden 1500-4000 ganger sterkere enn CO₂ fra forbrenningsprosesser. 

Mens de komplekse, syntetiske kuldemediene ikke finnes naturlig i jordens biosfære og gir risiko for negative globale miljøkonsekvenser, vil de naturlige mediene imidlertid aldri ha negativ innvirkning på naturen ved utilsiktede lekkasjer. Eksempler på naturlige kuldemedier er karbondioksid (CO₂), ammoniakk og propan. Disse er ikke-ozonnedbrytende og har ingen eller neglisjerbar drivhuseffekt.   De medvirker også til høy energieffektivitet i varmepumpe- og kjøleanlegg og har gode driftsegenskaper. 

Ved å bruke naturlige kuldemedier vet man hva man har med å gjøre, og sant å si har vi ikke behov for de syntetiske mediene overhodet – alle typer varmepumper, kjøleanlegg og kuldeanlegg kan benytte naturlige kuldemedier.

 

 

Illustrasjon: Prinsipiell framstilling av en varmepumpe som utnytter omgivelsesvarme (uteluft, berg, sjøvann eller ferskvann) som varmekilde og leverer varme til et varmesystem ved ønsket temperatur. Ettersom varmepumpen utnytter fornybar varme i omgivelsene reduseres bruken av elektrisk energi med typisk 65 til 80 % sammenlignet med elektriske oppvarmingssystemer.

Velger løsninger ut ifra lokale forhold

COWI har lenge hatt en klar strategi for bruk av naturlige kuldemedier i varmepumper, kjøleanlegg og kuldeanlegg. En del av jobben handler om å sørge for å etablere kvalitetsanlegg med de egenskapene man har behov for. Da gjelder det å tilpasse løsningene etter de lokale forholdene. De vanligste kildene til bærekraftig termisk energiforsyning er varmepumper med ulike typer varmekilder (fjell/berg, vann, uteluft), biomasse, solenergi, og avfall.

Hva som i praksis er de mest fornuftige lokale løsningene, varierer naturlig nok fra sted til sted. Der det i ett prosjekt er hensiktsmessig å benytte seg av etablerte tekniske løsninger, kan det under andre lokale forhold være mer hensiktsmessig å bruke innovative teknologier. Å utrede de lokale rammebetingelsene for å komme frem til de tekniske løsningene som gir det mest energieffektive og bærekraftige resultatet, er noe av det viktigste VVS-rådgiverne i COWI arbeider med.