Grunnvann kan inneholde mye løst jern som kan felle ut i rørsystemer og varmevekslere og skape driftsproblemer. Når NIVAs kompetanse innen vannkjemi og energiteknikk kobles sammen, finner man innovative løsninger på denne typen problemstillinger. (Foto: Helge Skarphagen, NIVA) (Bilde: unknown)
Billedtekst 1 (FORSKNINGSPARKEN_brønner.jpg) Boring av energibrønner for CIENS ble gjennomført på meget begrensede arealer nær bygningskroppen. Grunnvannsåren går som et smalt belte dypt under bygget, så her måtte man bore med stor presisjon. Røde piler viser brønnlokalisering og retning på boringene. (Illustrasjon: Ole A. Krogness / www.perspektiver.no for Niels Torp Arkitekter AS)

Grunnvarme reduserer energiforbruk og klimagassutslipp

  • Kraft


Forskningssenteret CIENS har moderne lokaler med store glassflater og mye lys og luft, men energiforbruket og klimautslippene ligger godt under halvparten av det som er vanlig for norske kontorbygg – takket være borehullsbasert grunnvarme.



I planleggingen av CIENS - Forskningssenter for miljø og samfunn - var det naturlig å satse på energieffektive og klimavennlige løsninger. NIVA tok derfor initiativ til å løse varme- og kjølebehovet i det nye bygget med et borehullsbasert grunnvarmeanlegg. Det ble også benyttet automatisk brukerstyrt ventilasjon og belysning med bevegelsesdetektorer.

CIENS-byggene ble tatt i bruk høsten 2006, og snaue to år senere er det gjort erfaringer som bekrefter at utnyttelse av varmeenergi fra grunnvarme har et stort potensial i Norge.

Mange moderne kontorbygg bruker nesten like mye energi på årsbasis til kjøling som til oppvarming. Et borehullsbasert anlegg gir mulighet for å benytte de relativt lave temperaturene i grunnen/ grunnvannet til kjøling av bygningene om sommeren, det vil si at man dumper varme fra bygningene ned i grunnen i sommersesongen.

Grunnen oppfører seg da som et energilager – et såkalt termisk sesonglager – og energien kan hentes ut igjen om vinteren ved hjelp av varmepumpe når bygningene krever varmetilførsel.

NIVA har vært en sentral aktør i den hydrogeologiske utformingen av det borehullsbaserte anlegget, planleggingen av boreoperasjonene, og dimensjoneringen av grunnvannsdelen av energianlegget.

Tilgjengelig tomteareal var for lite til å lage et tradisjonelt berggrunnsanlegg - denne utfordringen framtvang innovative løsninger.



Leteboring og store vannmengder

Det ble prøveboret med stålrørsforing gjennom 40 meter leire før man fant fjell. En porfyriske gang i fjellgrunnen viste seg å være svært oppsprukket og gav vann i rekordklassen for denne type brønner i krystallinsk berggrunn. Analysene viste at det var fornuftig å gå videre med å lage et varmepumpesystem basert på sirkulering av grunnvann fra en serie med fjellbrønner.



I slike borehullsbaserte anlegg med leireoverdekking er det av største betydning at alt vann som pumpes opp blir ført tilbake til grunnen slik at poretrykket i leira opprettholdes. Redusert poretrykk kan gi setningsskader. Alle de åtte produksjonsbrønnene er av samme årsak utført med ekstra god tetting mellom foringsrørene og fjellet.

Brønnene ble plassert parvis, én grunn og én dyp, for å ta i bruk mest mulig av bergvolumet i den oppsprukne og vannførende porfyrgangen. På begge sider av gangen er det uoppsprukket skifer som bidrar til energilagringen.



Pumping av grunnvann kan gi avgassing og utfellinger som følge av endrede trykkforhold i rør og tekniske komponenter og medføre risiko for driftsforstyrrelser.

For å unngå dette, er det montert ventilsystemer som sikrer stabile trykkforhold i systemet, selv i kjølemodus.



Én del energi ga 50 deler kjøling

Driftsstrategien er i prinsippet enkel: Sommervarmt kjølevann dumpes i grunnen, for så å hente varmen opp igjen i vintersesongen. NIVA har nå erfaring fra en hel sommersesong (2007) med frikjøling, dvs at grunnvannet brukes direkte til kjøling uten å kjøre varmepumpens kompressor.

I den varmeste perioden, med opptil 30 °C utetemperatur, ble hele CIENS-komplekset kjølt med en grunnvannspumpe som trekker kun 11 kW. Det ble i denne situasjonen dumpet 550 kW varme. Det betyr at 1 – én – del tilført energi (elektrisk strøm til pumpedrift) ga 50 deler kjøling.

I vintersituasjonen har vi kunne ta ut omtrent 400 kW fra en enkelt brønn og kan konkludere med at anlegget vil dekke nesten hele varme og kjølebehovet i CIENS.



Oppsiktsvekkende lavt energiforbruk

Energistatistikk fra ENOVA –viser at det gjennomsnittlige energiforbruket i norske kontorbygg ligger på 283 kWh/m2 i året. Helt nye bygg med store glassflater ligger enda høyere.

I CIENS-byggene ligger vi an til å få et totalt årlig energiforbruk på ca.120 kWh/m2. Tatt i betraktning at bygget har relativt mye vindusareal, i tillegg til rikelig ventilasjon, er 120 kWh/ m2 meget tilfredsstillende.



Norge bør tilrettelegge bedre

Vi er naturligvis veldig glade for å kunne holde et lavt energiforbruk i eget hus, både ut i fra økonomiske betraktninger, og fordi dette er en av de mest effektive klimainvesteringer som kan gjøres. CIENS-byggene på 14 950 m2 bruker 2,43 millioner kWh mindre på årsbasis enn et tilsvarende stort «gjennomsnitts» kontorbygg.

Med en pris på 70 øre per kWh utgjør dette 1,7 mill. kr. årlig, samtidig som utslippene blir tilsvarende redusert. En annen fordel er det rent estetiske: Grunnvarmeanlegg ligger under bakken eller under vannflaten og verken synes eller høres.



Ambisjonene våre strekker seg imidlertid lenger enn dette. De fleste norske byer og tettbygde områder ligger nær vann. Utnyttelse av varmeenergi fra sjøvann, ferskvann, grunnvann og berggrunn, enten man benytter borehullssystemer eller sjøledninger, har således et stort uutnyttet potensial i Norge.

Det er et paradoks at nasjonen Norge ikke har tilrettelagt mer for å utnytte denne betydelige ressursen med svært klimavennlig kjøling og oppvarming.



Visjonen: Et klimariktig tiltak

NIVA har bred kunnskap om temperaturvariasjonene i norske vannforekomster. I små innsjøer kan uttak av energi lede til et endret temperaturregime, men med biologisk kompetanse i teamet er det mulig å kvantifisere hva som er et bærekraftig uttak ut fra biologiske hensyn.

I sjøen kan begroing i inntaksrør gi driftsmessige problemer og utslipp av dypvann med mye næringssalter kan gi uønsket algevekst, men når energispesialistene og vannforskerne stikker hodene sammen kan man løse lokaliserings- og design-spørsmål.

NIVA ønsker å bidra til en god og miljøriktig utnyttelse av det store potensialet som Norge har mht. denne type termisk energi.