Värme- och kylalösningar för framtida Jägersro Hästcenter - En jämförande fallstudie av olika tekniska lösningar med fokus på ekonomisk och miljömässig hållbarhet

Abstract

Skånska Travsällskapet (STS, ``The Scanian Trotting Association``) has subdivided its property on which the current Jägersro trotting and galloping arena is located. They have thereby enabled the financial means to invest in a new horse racing arena. The project aims to reduce its negative impacts on the environment and climate by selecting and integrating technologies that contributes positively for a urban sustainable development in the Malmö area. As a private landowner, STS has the authority to select what heating and cooling system to be used in order to meet their demands.

This case study aims to contribute with knowledge regarding the scale and periodicity of the future heating and cooling demand. Furthermore, this study aims to detail the life-cycle costs (LCC) and emissions of greenhouse gases dependent on which heating and cooling system that is chosen. The methodology used to answer the research questions was developed by the author in a novel approach. The model combined the simulations of the heating and cooling demand with the system sizing and design as well as with the price models of electricity, district heating and district cooling in combination with the investment costs in the economical analysis. In this study, a system of district heating and cooling was compared with a ground source heat pump system. Both systems are considered to be in line with the study's objectives of being technically, economically and environmentally competitive in relation to other technologies.

In an LCC analysis, the accumulated net present value for a system with higher capital expenditure (Capex) and lower operational expenditure (Opex), like the ground source heat pump system in this study, often tend to be the least costly alternative when considering long time ranges. However, in this study the base case shows that the system using district heating and cooling with lower Capex and higher Opex is the more economically feasible option in comparison to the ground source heat pump system. In the sensitivity analysis, this result is strengthened using an equivalent percentage increase for both the investment costs and the discount rate. On the other hand, if an equivalent percentage increase is applied to the energy prices (> 3.5\% per year) of electricity, district heating and district cooling, this study proved the ground source heat pump system to be the least costly alternative. In terms of greenhouse gas emissions calculated as carbon dioxide equivalents from purchased energy, the district heating and cooling solution turns out to be the better alternative according to the allocation methods used in this study.

In summary, a good understanding of the activities and factors that generates a heating and cooling demand are of highly importance in order to perform a good system sizing, system design and to ensure the reasonableness of the LCC analysis.

Abstract (Swedish)

Skånska Travsällskapet (STS) har styckat av fastigheten som nuvarande Jägersro trav- och galoppområde är belägen på och kan genom försäljningen finansiera uppbyggnaden av ett nytt Jägersro Hästcenter (JH). STS:s målsättning är att JH ska bli en framtidsorienterad anläggning som tar miljö- och klimatutmaningarna på allvar och bidrar med samhällsnytta för en hållbar utveckling av Malmö stad. Som privat markägare har STS rådighet att själva besluta om vilka tekniska lösningar som ska användas för att tillgodose värme- och kylabehoven i deras verksamhet.

Olika val av energisystem får olika företagsekonomiska, miljömässiga, tekniska och samhällsmässiga följder. Denna fallstudie syftar till att bidra med kunskap gällande hur energi- och effektbehov av uppvärmning, tappvarmvatten och komfortkyla kan uppskattas för en specialverksamhet som framtida JH. Vidare syftar studien till att bidra med underlag för hur lönsamheten samt utsläppen av växthusgaser skiljer sig åt baserat på vilken teknisk lösning som väljs. Studiens resultat togs fram genom en egenutvecklad modell för simulering av värme- och kylabehov, beräkningar av den dimensionerande värme- och kylaeffekten samt genom framtagandet av två olika systemlösningar. I studien jämfördes en fjärrvärme- och fjärrkylalösning med en kyl- och värmepumpslösning med borrhål då dessa anses ligga i linje med kraven om att vara tekniskt, ekonomiskt och miljömässigt konkurrenskraftiga jämfört med andra tekniker.

Studien visar på komplexiteten när energisystem ska väljas. Höga investeringskostnader kan medföra lägre löpande kostnader samtidigt som eleffektproblematiken och kapacitetsbristen i södra Sverige innebär en stor osäkerhet för hur elpriset kommer att utvecklas framöver. Därför är det inte säkert att en större investering i form av en kyl- och värmepumpsanläggning kommer att bli mer lönsam än en fjärrvärme- och fjärrkylalösning, som har högre energikostnader sett över en längre tidsperiod. Denna studie visar att fjärrvärme- och fjärrkylalösningen är något mer lönsam i studiens framtagna basfall, ett resultat som befästs ytterligare i känslighetsanalysen om både investeringskostnader och kalkylränta ökas med samma procentsats för båda lösningarna. Å andra sidan visas att höga prisökningar av både fjärrvärme och fjärrkyla skulle kunna leda till att kyl- och värmepumpslösningen blir det mer lönsamma alternativet.

Förhållandet mellan uppvärmnings-, tappvarmvatten- och komfortkylabehoven är specifikt för en anläggning som framtida JH. Studien visar att kyl- och värmepumpslösningen med borrhål ökar i konkurrenskraft om verksamheten har ett komfortkylabehov i tillägg till värmebehovet. En felaktig bedömning av komfortkylabehovet kan därför få direkta följder i en lönsamhetsberäkning, där en överskattning av kylabehovet medför att fjärrvärme- och fjärrkylalösningen kan falla sämre ut än i verkligheten. Vidare har tappvarmvattenanvändningen stort effektbehov och är starkt verksamhetsberoende. Dessutom visar studien att även driftsventilationen bidrar med stort effektbehov vid hög personnärvaro, vilket ofta väntas sammanfalla med stort tappvarmvattenbehov. I prismodellerna för både fjärrvärme och el utgör effekttarifferna en stor del av de totala energikostnaderna. Således återspeglas stora effekttoppar av energianvändning i energikostnaderna. Vidare visar studien att uppvärmningsbehovet korrelerar starkt med byggnadernas omslutningsarea och byggnadsfysik, där värmeförluster genom transmission inklusive köldbryggor bidrar mest till uppvärmningsbehovet på årsbasis. Sammanfattningsvis är en god förståelse av verksamheten och goda uppskattningar av värme- och kylabehov viktiga för att kunna avgöra rimligheten i en lönsamhetsberäkning.

Det kan fastslås att båda jämförda värme- och kylalösningar bidrar med utsläpp av växthusgaser genom dess drift. Sett till utsläpp av växthusgaser räknat som koldioxidekvivalenter från köpt energi, framstår fjärrvärme- och fjärrkylalösningen som det bättre alternativet enligt de allokeringsmetoder som användes i denna studie.

Popular Abstract (Swedish)

Det talas alltmer om skenande energipriser på el, att det råder kapacitetsbrist i Skånes elnät och att effektproblematiken behöver lösas. Samtidigt har fjärrvärmepriserna ökat i jämn takt under senaste decenniet och väntas fortsätta stiga framöver. Vid nybyggnation behöver fastighetsutvecklare välja energisystem för att tillgodose fastighetens behov av energi, ett val som kan vara lättare sagt än gjort. Det gäller att möta krav på god ekonomisk lönsamhet och så liten påförd miljö och klimatpåverkan som möjligt sett över en längre tidshorisont.

Sveriges äldsta travbana ska bli Europas ledande hästcenter på Jägersro i Malmö, enligt Skånska Travsällskapets (STS) vd Kent Öhlander. Den gamla trav- och galoppbanan ska ge plats till runt 4500 nya bostäder, och det nya hästcentrat kommer att uppföras av STS på sin intilliggande privata mark. Användning av energieffektiva system och innovation ska bidra till att hästcentrat blir en framtidsorienterad anläggning som tar miljö- och klimatutmaningarna på allvar. Exempelvis kommer värmebehovet och utsläppen av växthusgaser att mer än halveras jämfört med nuvarande anläggning, enligt studiens simuleringar, tack vare modern byggnadsteknik.

En fråga som diskuterats i projektet Jägersro Hästcenter är hur byggnaderna ska förses med värme och om den publika byggnaden med tusentals kvadratmeter stora glasytor kommer att behöva kylning under sommaren. I urbana nybyggnadsprojekt ställs ofta fjärrvärme, som dominerar värmemarknaden i svenska städer, mot elbaserade värmepumpslösningar. Som komplement till fjärrvärme är fjärrkyla en teknik som blir allt vanligare i Sverige, där köps kyla som en produkt utan att en egen produktionsanläggning behövs. Värmepumpslösningar å andra sidan har till fördel att den värmeproducerande anläggningen också kan användas för att producera kyla, vilket ökar dess konkurrenskraft.

Generellt sett har en värmepumpslösning högre investeringskostnader men lägre löpande kostnader vid jämförelse med fjärrvärme och fjärrkyla. Vilken teknisk lösning som ger lägst kostnader sett över flera decennier är svårt att sia om på förhand. Det påverkas bland annat av hur höga investeringskostnaderna för energisystemet slutligen blir, vilka avkastningskrav som en investerare har och hur energiprisutvecklingen kommer att bli. Exempelvis visade studien att en kraftig energiprisökning på över 3,5 % per år för både el, fjärrvärme och fjärrkyla leder till att studiens framtagna värmepumpsystem blir det minst kostsamma alternativet. Å andra sidan skulle en mindre energiprisökning på fjärrvärme och fjärrkyla leda till att värmepumpsystemet blir det mer kostsamma alternativet.

Utsläppen av växthusgaser från el- och fjärrvärmeproduktion har minskat kraftigt sedan 1990. Trots det kvarstår betydande utsläpp. I fallet med fjärrvärme kan utsläppen skilja sig kraftigt mellan olika fjärrvärmenät i landet beroende på vilka bränslen eller vilken spillvärme som finns tillgänglig lokalt. I fallet med el kan den härstamma från till exempel tysk kolkraft, skånsk vindkraft eller från norrländsk vattenkraft. Ett beräknat värde som tar hänsyn till export och import av el över Sveriges territoriella gränser kan därför ge ett mått på klimatpåverkan från konsumerad el från nätet. Enligt studiens beräkningar väntas utsläppen för fjärrvärme- och fjärrkylalösningen uppgå till 16 ton per år i jämförelse med 28 ton per år för värmepumplösningen.

Som fastighetsutvecklare ställs höga krav på att vara insatt i många olika ämnen för att kunna fatta avvägda beslut. Ekonomisk lönsamhet och klimatmässig påverkan från energianvändning är två parametrar som denna studie undersökt och finns tillgängligt för Skånska Travsällskapet som investeringsunderlag. Vilken systemlösning som Skånska Travsällskapet som privat fastighetsutvecklare i slutändan väljer kvarstår att se.

• author: Heimer, Oskar
• supervisor: Kerstin Sernhed
• organization: Department of Energy Sciences
• course: MVKM01 20211
• year: 2021
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: building heating, hot tap water, comfort cooling, heating demand, cooling demand, energy simulation, system sizing, district heating, district cooling, heat pumps, life-cycle cost (LCC), Opex Capex, carbon dioxide equivalent
• report number: LUTMDN/TMHP-21/5486-SE
• ISSN: 0282-1990
• language: Swedish
• id: 9067322
• date added to LUP: 2021-10-26 10:37:58
• date last changed: 2021-10-26 10:37:58