Miljøvurdering af ventilationssystemer

Formål og metode

Formålet med miljøvurderingen er at belyse, hvor i et ventilationssystem de væsentligste miljø- og ressourcebelastninger ligger, for senere at kunne pege på hvorledes miljøforbedringer kan opnås. Arbejdet er udført efter metoden udviklet i UMIP (Wenzel et. al., 1996a). Derudover følger arbejdet så vidt muligt retningslinierne i ISO 14040/41/42. Beregningerne er udført i UMIP PC-værktøj version 2.11 beta (Miljøstyrelsen, 1999).

Data

Oplysninger om materiale- og energiforbrug er fremskaffet af Semco A/S. Til miljøvurdering af disse er der primært anvendt data fra ovennævnte værktøjs database, men det har også været nødvendigt at etablere enkelte nye data.

Konklusion

Miljøvurderingen viser, at brugsfasen giver anledning til de absolut største vægtede miljøeffektpotentialer, hvilket skyldes energiforbruget. Drivhuseffekt, forsuring, økotoksicitet, volumenaffald og slagge & aske er dominerende, hvilket kan tilskrives den overvejende kulbaserede elproduktion. Af de øvrige faser bemærkes materialefasen, men denne modregnes i høj grad ved undgået produktion af nyt materiale, når materialerne genbruges.

Med hensyn til ressourcer dominerer energiressourcerne til brugsfasen. Vedr. materialefasen kan råvareressourcerne kobber, zink og nikkel ligeledes dominere, afhængigt af ventilationsanlæggets opbygning, idet kobber findes i el-motorer, zink i galvaniserede kanaler og nikkel i rustfri kanaler. De forbrugte materialer modregnes til en vis grad ved undgået produktion af nyt materiale, når materialerne genbruges.

Sammenfattende konkluderes, at fokus skal sættes på energiforbruget under drift, men at alternative materialer til galvaniseret stål og til rustfrit stål kan overvejes, f.eks. plastkanaler, som er fremstillet af ikke knappe ressourcer og som desuden har et muligt mindre strømningstab. Forbedringsanalysen viser, at energiforbruget kan nedsættes mærkbart ved at optimere de enkelte elementer af ventilationsanlægget (f.eks. energisparemotor, ventilator med optimal virkningsgrad, filter med lav modstand, bøjninger med øget radius etc.), og især ved behovsstyring af anlægget (frekvensstyring af motor i forbindelse med reguleringsautomatik), som sikrer at ventilationssystemet på intet tidspunkt yder mere end nødvendigt. 

1 Indledning

Denne miljøvurdering er udført som en del af projektet ”Retningslinier for Miljørigtig Udvikling af Produktfamilier indenfor Elektromekanisk Industri”, støttet af Miljøstyrelsen.

Arbejdet er udført på ventilationssystemer dimensioneret og installeret af Semco A/S, hvor afdelingsingeniør Ib Larsen har leveret data. Som reference er der udført miljøvurdering af et mindre anlæg (2300 m³/h) og dette er sammenlignet med to større anlæg, da energiforbruget per 1000 m³/h kan variere. Desuden er valgt et beregningseksempel, som skal illustrere størrelsesorden af tab de forskellige steder i anlægget. Ventilationssystemerne kan benyttes som grundenheder til forskellige funktioner indenfor komfort, industri eller laboratorieventilation. Den eksakte funktion tilvejebringes via forskellige komponenter, som udgør en mindre del af anlæggene.

Miljøvurderingen er gennemført af civilingeniør, Ph.D. Niels Frees, Instituttet for Produktudvikling, Danmarks Tekniske Universitet. Kritisk internt review er udført af cand. scient., Ph.D. Stig Irving Olsen, Instituttet for Produktudvikling.

Arbejdet er udført efter miljøvurderingsmetoden udviklet i UMIP og beskrevet i (Wenzel et. al., 1996a), men det har ligeledes været muligt i vid udstrækning at følge retningslinierne i ISO 14040/41/42 (ISO, 1997 & 1998), især med hensyn til rapportens opbygning. Beregningerne i forbindelse med studiet er udført ved hjælp af UMIP PC-værktøj, version 2.11 beta (Miljøstyrelsen, 1999), hvori der ligeledes er opbygget en model af produktet og dets livsforløb.

2 Formål

Dette er en rapport for fase 2, 3 og af nærværende projekt vedrørende ventilationssystemer.

I fase 2 gennemføres en miljøvurdering af produktfamilien af ventilationssystemer. Der er herunder opbygget en model i UMIP PC-værktøj, som kan danne grundlag for miljøvurdering af specifikke ventilationssystemer. Miljøvurderingen skal belyse, hvor i et ventilationssystem de væsentligste miljø- og ressourcebelastninger ligger.

I fase 3 gennemføres en forbedringsanalyse, dvs en diagnosticering, som bl.a. vil pege på hvorledes miljøforbedringer kan opnås. Forud for forbedringsanalysen vurderes det, om det vurderede produkt er repræsentatativt for produktfamilien, eller på hvilke punkter det adskiller sig.

I fase 4 gennemføres en teknisk og markedsmæssig vurdering af de løsningsmuligheder, som forbedringsanalysen har peget på.

3 Afgrænsning

3.1 Produktets funktion og funktionelle enhed

Typer ventilation:

Ventilation kan etableres som naturlig ventilation og tvungen (eller mekanisk) ventilation. Tvungen ventilation medfører en eller flere energiforbrugene ventilatorer, og etableres fordi almindelig naturlig ventilation ikke kan løse en ventilationsopgave. Emnet for denne rapport er tvungen ventilation, men løsninger baseret på naturlig ventilation omtales i kapitel 8.

Der er i rapporten skelnet imellem følgende typer af ventilationsanlæg:

• Komfort
• Laboratorie
• Industri
• Renrums

Denne rapport dækker først og fremmest de tre førstnævnte typer, da de fysisk kun adskiller sig ved forskellige tilkoblede komponenter af begrænset omfang i forhold til ventilatorenheden og kanalsystemet. Renrumsventilation forekommer sjældnere og er ofte mere specielt udformet. Hovedkonklusionerne vil dog også gælde renrumsventilation.

Man kan skelne mellem ventilationsprincipperne balanceret ventilation og enkel ventilation. Balanceret ventilation omfatter tvungen indblæsning og udsugning, dvs. to ventilatorer, og i reglen en varmeveksler mellem ind- og udblæsningsluften. Enkel ventilation omfatter kun indblæsning eller udsugning og således kun én ventilalator. Varmeveksler er ikke mulig og returluft strømmer ind eller ud af tilfældige eller etablerede utætheder.

En skitse af et typisk ventilationsanlæg er vist i figur 1.

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 1‘

Undersøgte produkter

Opgørelsen og vurderingen er baseret på:

• Lille anlæg (2300 m³/h) med krydsvarmeveksler. Motoreffekt 2 x 1,5 kW

Repræsentativiteten af dette anlæg er belyst ved miljøvurdering af:

• Mellemstort anlæg (6670 m³/h) med krydsvarmeveksler. Motoreffekt 2 x 3 kW
• Stort anlæg (14 000 m³/h) med roterende varmeveksler. Motoreffekt 2 x 7,5 kW

Som støtte for forbedringsanalysen er der endelig regnet på et anlæg på 2880 m³/h med enkel ventilation (indblæsning).

Funktion

Komfortventilationens funktion er at etablere et tilfredsstillende indeklima ved tilførsel af udeluft. De indeklima parametre som ønskes kontrolleret ved udelufttilførsel kan inddeles i luftkvalitet (røg, afdunstninger, lugt etc.), luftfugtighed og temperatur.

Funktionen af laboratorie-, industri- og renrumsventilation er at begrænse koncentrationen i et lokale af partikler eller kemiske stoffer. Arbejdsmiljømæssigt ønsker man at begrænse koncentrationen mest muligt, f.eks. til max. 1/10 af gældende grænseværdier, men gerne mindre.

Varmegenvinding

Ventilationsanlæg kan være med eller uden varmegenvinding. Der er følgende typer:

• Væskekoblede batterier. 50 – 55 % genvinding.
• Krydsvarmeveksler. 55 – 60 % genvinding
• Roterende varmeveksler. 70 – 80 % genvinding

Nøgleenhed

For alle ventilationstyper benyttes nøgleenheden:

1000 m³/h

De vægtede resultater er beregnet per år af ventilationssystemets levetid. Opgørelsen og matrix-LCA‘en er beregnet for hele ventilationssystemets levetid.

Funktionel enhed

Som funktionel enhed er benyttet:

”Ventilering af 1000 m³/h ved 21 ^oC indetemperatur og dansk gennemsnits udetemperatur i 24 timers daglig drift gennem 20 år”.

Den funktionele enhed er i praksis forskellig fra anlæg til anlæg afhængig af den specifikke funktion. Den funktionelle enhed kan f.eks. udtrykke at koncentrationen i et lokale af stof nn ikke må overstige x mg/m³ , men en sådan enhed er uhåndterlig. I stedet kan man tage udgangspunkt i forskellige dimensioneringsgrundlag, som er baseret på erfaringsmæssige tommelfingerregler, idet man spørger om hvilken funktionel ydelse man kan få ud af nøgleenheden 1000 m³/h i anlæggets driftsperiode. Eksempler på dette er beskrevet i de følgende underafsnit (Olufsen, 1995)(Larsen, 1999).

Komfort

Bygningsreglementet og Ingeniørforeningens norm for ventilationsanlæg (DS 447) har en række krav og anbefalinger til friskluftbehov per person (l/s), antal luftskifter per time (n) og areal relateret luftskifte (ventilationsintensitet SLT, m³/sm²). Disse krav og anbefalinger kan ikke uden videre generaliseres, da de afhænger af lokalets funktion (kontor, undervisning etc.), rygerrum/ikke rygerrum, anden indeklimabelastning, antal personer per m² og lofthøjde. I et lokale med 3 m lofthøjde vil ventilationsbehovet normalt ligge i intervallet 1,5 – 12 n, hvilket repræsenterer spektret fra kontor med ikke-rygning over undervisningslokale (3,5 n) til mødelokale/auditorie med rygning.

Omregning mellem ventilationsintensitet og antal luftskifter sker med formlen:

SLT = H·n/3,6 (l/sm²) eller SLT = H·n (m³/hm²)

hvor H er lofthøjden i m. Med de ovennævnte eksempler på luftskifter er følgende eksempler på omregning til nøgleenhed beregnet for hvor stort et areal i m² af et lokale med lofthøjde 3 m, som nøgleenheden 1000 m³/h kan ventilere:

• Kontorlokale, ikke-rygning: ca. 220 m²
• Undervisningslokale: ca. 100 m²
• Mødelokale, rygning: ca. 30 m²

Laboratorie, industri og renrum

For laboratorie-, industri- og renrumsventilation er opgaven sædvanligvis at etablere en tilstrækkelig lufthastighed og volumenstrøm til at bortfjerne uønsket emission i form af partikler, aerosoler, gasser eller dampe.

Lufthastighed i afsugningsområdet kaldes gribehastigheden. Man skelner mellem afskærmet/indkapslet punktudsugning og uafskærmet punktudsugning.

For afskærmet ventilation f.eks. i forbindelse med ventileret indkapsling og stinkskab i laboratorium etableres gribehastigheden i selve indsugningsåbningen. Gribehastigheden bør normalt være 0,5 m/s; men hvis der ikke er tværgående luftbevægelse eller personophold i afsugningsområdet kan man ofte gå ned til 0,3 m/s. Ud over mediets eller den omkringliggende lufts egen bevægelse kan luftbevægelse igangsættes af operatørens bevægelse ved indsugningen. Da indsugningsarealet for afskærmet indsugning er veldefineret kan forskellige lufthastigheder (gribehastigheder) omregnes til nøgleenheden 1000 m³/h ved hjælp af formlen:

Volumenstrøm (m³/h) = indsugningsareal (m²)·lufthastighed (m/s)·3600

Ved lufthastigheden 0,5 m/s fås: 1000 m³/h ~ 0,555..m² Ved lufthastigheden 0,3 m/s fås: 1000 m³/h ~ 0,833..m²

For åben punktudsugning er omregningen væsentlig mere kompliceret, da gribehastigheden etableres et stykke vej fra indsugningsåbningen. Gribehastigheden falder meget hurtigt med afstanden fra indsugningsåbningen og er desuden afhængig af dennes form. Det er ikke ualmindeligt at gribehastigheden er faldet til 5 % i en afstand på 2x diameteren fra åbningen, hvilket betyder at lufthastigheden i indsugningsåbningen skal være 20x højere end den krævede gribehastighed. Lufthastigheden i selve indsugningsåbningen beregnes som ovenfor. I rolig luft kan en gribehastighed på 0,1 m/s være tilstrækkelig, men er der luftbevægelse er 0,3 – 0,4 m/s nødvendigt. Hvis der skal afsuges luftemission eller partikler i bevægelse kan det være nødvendigt med væsentlig højere gribehastighed, f.eks. 0,5 – 1 m/s for sprøjtemaling, fyldeprocesser og svejsning og op til 5 m/s for slibeprocesser og sandblæsning. For en nøjagtig vurdering af nødvendig gribehastighed og dens funktion af afstanden til udsugningsåbningen og dennes udformning er det nødvendigt at søge viden i speciallitteratur eller hos et ventilationsfirma.

Renrumsventilation må understøttes af ”fortyndingsventilation”. Det samme gælder laboratorie- og industriventilation, hvis 1/10 af grænseværdi overskrides, men ofte er det ikke nødvendigt.

3.2 Systembeskrivelse

Studiets omfang

Studiet af ventilationssystemer omfatter ressourceudvinding og materiale-fremstilling, produktion, brug, bortskaffelse og transport. Brugsfasen omfatter energiforbrug til opvarmning af ventilationsluft og til drift af selve ventilatoren. Energi til opvarmning af ventilationsluft beregnes fra den gennemsnitlige udetemperatur i et standard referenceår. Opvarmningen antages at ske ved olie- eller naturgasfyring. Studiet omfatter ikke arbejdsmiljø. Fremstilling af produktionsudstyr er heller ikke taget med. Ventilerede produkter som f.eks. farlige emissioner og filterstøv antages at høre til de ventilerede processer, og er således ikke regnet med til ventilationssystemets livscyklus.

Systemafgrænsning

Systemafgrænsningen fremgår af figur 2 og er ligeledes synlig i modellerne for de valgte ventilationssystemer, som er opbygget i UMIP PC-tool.

Klik på billedet for at se html-version af "Figur 2".
Figur 2. Livscyklusmodel for ventilation

Forenklinger og udeladelser

En matrix LCA (bilag A) viser, at det akkumulerede energiforbrug til materialefremstilling og til produktion af et ventilationsanlæg udgør en størrelsesorden 1 % af energiforbruget til drift af anlægget. Bortskaffelse og transport udgør endnu mindre. Der er ikke andre miljøeffekter end energirelaterede som er betydende, f.eks kemikalierelaterede. I den egentlige LCA dækkes faserne materialefremstilling, produktion, bortskaffelse og transport derfor kun i hovedtræk.

De grundlæggende dele for de forskellige typer ventilationsanlæg er ret ens. Det der varierer er udformning af udsugning og indblæsning samt filtersystemer og automatik. Disse dele udgør vægtmæssigt kun en meget lille del af et samlet anlæg og er derfor udeladt. I de betragtede anlæg udgør plast en meget lille del (få promiller) og er derfor udeladt eller approximeret med generelle plasttyper.

Der benyttes varmgalvaniseret plade, og varmgalvaniseringen er medtaget under materialefremstillingen. Produktionen af ventilationsanlæggets komponenter finder sted ved traditionelle processer, som ikke giver anledning til væsentlige emissioner. Grundet den lille betydning af produktionen er denne ikke opgjort specifikt for de enkelte processer, men der er anvendt et erfaringsbaseret energiforbrug.

Med hensyn til brugsfasen er der ikke indregnet service og vedligeholdelse, herunder filterskift, da materialeforbruget hertil anses for at være negligibelt.

Ved en erfaringsbaseret gennemgang af de foretagne forenklinger skønnes det at højst få promille af de potentielt mulige ressourceforbrug og miljøeffekter er udelukket, herunder toksiske effekter, som vil være mest følsomme for de foretagne forenklinger.

Geografisk og tidsmæssig afgrænsning

Ventilationen antages produceret, drevet og bortskaffet i Danmark. Dette har betydning for valg af energiscenarier, bortskaffelsesscenarie og for det valgte referenceår med hensyn til udetemperatur. Det danske elscenarie er fra 1992, men der er udført følsomhedsanalyse på et scenarie fra 1996. Der er ligeledes udført følsomhedsanalyse på antagelse af marginal elproduktion. Det teknologisk niveau for ventilationen antages at være status quo 1999-2000. Dette betyder især at energisparemotorer er en mulighed, men ikke almindeligt efterspurgt. Betydningen heraf er omtalt i kapitel 7.

Systemudvidelse og undgået produktion

Ventilationsanlæg genvindes efter bortskaffelse, idet f.eks. metallerne omsmeltes. For de genvundne metaller er der foretaget systemudvidelse, da metallerne antages at fortrænge en tilsvarende mængde primært metal. Da man således undgår produktion af nyt metal kan den genvundne mængde trækkes fra det oprindelige forbrug af primært metal. Produktionen af genbrugsmetal er regnet under bortskaffelsesfasen.

Særlige forhold gælder for rustfrit stål, da dette overvejende fremstilles ved omsmeltning af almindelig stål- og rustfrit stålskrot. Der er derfor udarbejdet en hypotetisk proces for primær rustfri stålfremstilling af hensyn til system-udvidelsen da ikke genvundet rustfrit stål i sidste ende må erstattes af primært materiale. Med hensyn til genvindingen er der etableret en proces for omsmeltning af ren rustfri stål.

Genvindingsgrad

Ved genvinding er der antaget følgende genvindingsgrader for det metal som sendes til genviding:

Tab ved genvindingen kan henføres til spild i forbindelse med indsamlingen, shredderprocessen (aluminium og især kobber, Erichsen 1999) og oparbejdningsprocessen.

3.3 Datagrundlag

Indsamlingsmåde

Semco har leveret oplysninger om materialesammensætning for lille, mellemstort og stort anlæg. I disse indgår stål, støbejern, kobber, aluminium samt galvaniserede eller eventuelt rustfri stålkanaler. Semco har desuden leveret oplysninger om kanaler af plast.

Fabrikant af elmotorer er kontaktet for materialeindhold af elmotorer. Fabrikant af galvaniserede kanaler er kontaktet for oplysning om fremstillingsenergi. For materialerne og de øvrige processer er der primært anvendt data fra den til UMIP PC-værktøjet hørende database (Frees og Pedersen, 1996) (Miljøstyrelsen, 1999). Om nødvendigt er nye processer føjet til, se afsnit 4.1.

Parametre og datakvalitet

I processerne indgår alle tilgængelige oplysninger med hensyn til ressourcer og emissioner. Kvaliteten af de anvendte data og deres oprindelse fremgår af tabel 1 og er yderligere vurderet i afsnit 6.2.

Referencegrundlag for data til miljøvurdering af ventilationsanlæg

Klik på billedet for at se html-version af "Tabel 1".

Tabel 1. Referencegrundlag for data til miljøvurdering af SEMCO ventilationsanlæg.

4 Opgørelse

4.1 Dataindsamling og -behandling

De enhedsprocesser, der indgår i ventilationsanlæggets livscyklusvurdering og herunder følsomhedsvurderinger, fremgår af de modeller, som er opbygget i UMIP PC-værktøjet. Processerne og deres referencer er nærmere beskrevet i review informationen, som ligger i PC-værktøjet. Her gives en kort gennemgang af de indsamlede data og deres behandling, herunder hvorledes systemudvidelsen er foretaget.

Materialefasen

Ventilationsanlæggets materialesammensætning fremgår af matrix-LCAen, bilag a, og af figur 3. Forzinket stålplade og mineraluld er ikke repræsenteret i UMIP databasen og der er etableret nye data for disse. Forzinkning af stålplade er udført ved varmgalvanisering og procesbeskrivelsen er baseret på oplysninger i (Miljøstyrelsen, 1996) samt oplysninger fra leverandøren af varmgalvaniseret stålplade. For stålpladen er benyttet data fra UMIP-databasen. Data for mineraluld er baseret på (Miljøstyrelsen, 1995).

Produktionsfasen

For produktionen af delene til et ventilationsanlæg er der som nævnt i afsnit 3.2 valgt at benytte et erfaringsbaseret energiforbrug. (Gydesen et. al. 1990) oplyser på baggrund af en række litteratureksempler, at energiforbruget til produktion af sammensatte produkter er af størrelsesorden 25 MJ per kg produkt, målt som primær energi, dvs. udvinding af energiråstoffer og produktion af energi er indregnet. De gennemgåede eksempler i UMIP-projektet (Wenzel et. al., 1996b) er af samme størelsesorden, men viser også en variation eftersom produktet er komplext eller simpelt. Da hovedparten af et ventilationsanlæg er simpelt (kanaler, rammer, kasser) er energiforbruget til produktionen vurderet til 10 MJ per kg baseret på eksemplerne i UMIP projektet. Der er regnet med elenergi produceret med en virkningsgrad på 33% svarende til 1 kWh direkte energi per kg produkt.

Brugsfasen

Ventilationsanlæggets brug og drifttid er beskrevet som en del af den funktionelle enhed i afsnit 3.1. I henhold til den geografiske afgrænsning er der regnet med elenergi produceret i Danmark i 1992 som findes i UMIP-databasen. Til følsomhedsvurderingen er anvendt et nyere dansk el-scenarie fra 1996, hvor der er foretaget exergi-allokering mellem el og varme. Scenariet er estimeret af IPU ud fra oplysninger i elværkernes årsrapport. Der er desuden anvendt et scenarie baseret på naturgas marginal elproduktion baseret på (Frees & Weidema, 1998).

Under brug skal den udsugede luftmængde erstattes med udeluft, som skal opvarmes i store dele af året. Energimængden til opvarmning af erstatningsluft er beregnet af SEMCO ud fra den årlige gennemsnitstemperatur i Danmark (ca. 8 ^oC) til rumtemperatur (21 ^oC). Opvarmningen antages i Danmark produceret ved fyring fra 40% naturgas og 60% olie (Eurostat, 1997). Der er antaget en virkningsgrad på 85 % fra indfyret energi (f.eks kg olie eller naturgas) til afgiven energi til opvarmningen. Data for fyring per kg indfyret brændsel er fra UMIP databasen.

Bortskaffelsesfasen

Ventilationsanlæg som de her betragtede er anlæg med store komponenter, og det må antages at disse demonteres og genvindes ved nedtagning af anlægget, f.eks. i forbindelse med nyinstallation eller nedrivning af bygningen, hvori anlægget sidder. Det antages derfor at alt metal i et ventilationsanlæg sendes til genvinding. Mineraluld vil antageligt blive deponeret og plast forbrændt. Plastindholdet i det betragtede anlæg er negligibelt, men hvis plast anvendes i stor udstrækning må dets bortskaffelsesvej overvejes, se kapitel 8.

For motorens vedkommende sendes nogle til kobbersmelteværk for udvinding af kobber og andre sendes til normal metal shredning. I kobbersmelteværket er der høj genvinding af kobberet, men aluminium og stål går tabt. I shredderen er der høj udsortering af stål, men et vist tab af aluminium og især kobber (Erichsen, 1999). Dette er baggrunden for de antagne genvindingsgraderne vist i afsnit 3.1.

Enhedsprocesserne for genvinding af materialer er i UMIP databasen beskrevet i forhold til mængden af genvundet materiale, som grundet procestab er lidt mindre end den mængde som tilgår processen. Der regnes med 5 % tab. Der er etableret data for omsmeltning af kobber i kobbersmelteværk.

Transportfasen

Transport af råmaterialer, halvfabrikata og underleverancer samt transport i forbindelse med distribution og bortskaffelse er estimeret af IPU ud fra oplysninger fra SEMCO. Transporten finder sted med skib eller med stor lastbil, hvor der er regnet med landevejskørsel, som afspejler et gennemsnit af kørsel på landevej, motorvej og i by. Transportdata er fra UMIP enhedsprocesdatabasen.

Systemudvidelse og undgået produktion

Da man undgår produktion af nyt materiale trækkes den genvundne mængde fra det oprindelige forbrug af primært materiale. Plast regnes negligibelt i det betragtede anlæg, men ved genvinding af plast gælder særlige forhold, da plast ved genvinding ikke får helt samme kvalitet som primært materiale, eller kun kan recykles et vist antal gange, hvorved det fortrænger en mindre mængde primært materiale end mængden af genvundet materiale, se eksemplet i kapitel 8.

4.2 Procesoversigt

Detaljer om de enhedsprocesser, som indgår i livsforløbet, fremgår af modellerne, som er opbygget i UMIP PC-værktøjet. Udeladte processer er beskrevet i afsnit 3.2. En oversigt er vist i figur 3.

Klik på billedet for at se html-version af "Figur 3".

Figur 3. Procesoversigt, ventilationsanlæg 2300 m³/h

4.3 Resultatberegning

Resultaterne af opgørelsen er beregnet i UMIP PC-værktøj. Et resume er vist i tabel 2.

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Tabel 2‘

Tabel 2. Udvalgte opgørelsesresultater for ventilationssystem 2300 m³/h ved 20 års drift.

5 Vurdering

5.1 Vurderingsmetode

Vurderingen følger UMIP-metoden, der er beskrevet i Wenzel et. al.. Vurderingen følger 3 trin:

• Datakarakterisering
• Normalisering
• Vægtning

Datakarakterisering

Ved datakarakterisering beregnes potentielle miljøeffekter ud fra hvor kraftigt emissioner bidrager til en effekttype i forhold til en referenceemission. For drivhuseffekten, f.eks., er referenceemissionen kuldioxid (CO₂); men methan (CH₄) bidrager 25 gange så kraftigt og lattergas (N₂O) 320 gange så kraftigt. Ved at gange methan- og lattergasemissionen med de nævnte faktorer omregnes de til potentielle drivhuseffektbidrag målt i CO₂-ækvivalenter. Disse oplyses f.eks. i gram (g-ækv.). Der findes potentielle miljøeffekttyper for drivhuseffekt (CO₂-ækv.), forsuring (SO₂-ækv.), næringssaltbelastning (NO₃--ækv.), fotokemisk ozondannelse (C₂H₄-ækv.) samt for forskellige toksiciteter og affaldstyper. Foruden disse er ozonlagsnedbrydning ikke medtaget, da de er udfaset. Beregning af potentielle miljøeffekter indgår foruden i UMIP også i ISO 14042.

Normalisering

Forud for vægtningen foretages en normalisering. Normalisering betyder, at samfundets samlede bidrag til en potentiel miljøeffekt, f.eks. drivhuseffekt, beregnes per indbygger i referenceåret 1990. Enheden er Personækvivalent, PE. For globale effekter, så som drivhuseffekten, benyttes hele verdens bidrag til effekten per indbygger i verden. For lokale og regionale effekter, så som forsuring, næringssaltbelastning, fotokemisk ozondannelse og deponeret affald, benyttes bidraget til effekten i Danmark per indbygger i Danmark.

Vægtning

Vægtning af en miljøeffekt illustrerer hvor alvorlig en miljøeffekt og dens mulige konsekvenser vurderes at være i forhold til andre miljøeffekter. Den vægtningsmetode, som anvendes her, bygger på politiske målsætninger for reduktion af de væsentligste miljøbelastninger, som bidrager til de enkelte miljøeffekter. Reduktionsmålsætningerne beregnes i forhold til det valgte fælles målsætningsår 2000 og det valgte fælles referenceår 1990. Dette udtrykkes som den reciprokke værdi i en vægtningsfaktor. De politiske målsætninger afspejler til en vis grad faglige vurderinger, men er naturligvis også påvirket af økonomiske interesser m.v. Fordelen ved at benytte en politisk målsætning er, at det giver et politisk acceptabelt styringsgrundlag. Vægtningen sker ved at gange vægtningsfaktorerne med de respektive normaliserede miljøeffekter. Enheden er personækvivalenter målsat (PEM) med indices W (world), DK (danmark) og målsætningsårstallet. Millipersonækvivalenter er som regel den mest hensigtsmæssige enhed og enheden for vægtning er derfor mPEM_WDK2000.

Vægtning af ressourcer

5.2 Resultater

Som resultat af miljøvurderingen er benyttet vægtning efter UMIP metoden (Wenzel et.al., 1996). Forud for vægtningen ligger en beregning af potentielle miljøeffekter og en normalisering. Alle beregningerne er udført i UMIP PC-værktøjet for den opbyggede model af ventilationsanlægget, men kun vægtningsresultatet vises her.

Resultatet af vægtningen af ydre miljøeffekter og af ressourceforbrug fremgår af figurerne 4 og 5. Vægtningen er opdelt på faser. Resultaterne fremgår desuden af bilag B.

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 4‘

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 5‘

  

6 Fortolkning

6.1 Væsentligste påvirkninger

Ydre miljø

Med hensyn til det ydre miljø stammer de væsentligste påvirkninger fra brugsfasen, og skyldes energiforbruget. Drivhus-effekt, forsuring, økotoksicitet, volumenaffald og slagge & aske er her dominerende med en andel på ca. 99 % i forhold til de øvrige faser. Den særligt høje andel af netop disse effekter kan tilskrives den overvejende kulbaserede elproduktion. Forudsætningerne for elproduktionen er derfor vurderet i følsomhedsvurderingen.

For de øvrige faser bemærkes persistent toksicitet og farligt affald fra materialefasen, men disse modregnes i høj grad ved undgået produktion af nyt materiale, når materialerne genbruges . Der er ligeledes nogen persistent toksicitet og farligt affald fra bortskaffelsesfasen. Det er muligt at der i praksis er en større andel af disse effekter fra brugsfasen, som diskuteret under følsomhedsvurdering.

Ressourcer

Med hensyn til ressourcer dominerer energiressourcerne til brugsfasen. For materialefasen er nikkel ligeledes dominerende. Nikkel indgår i rustfrit stål, som benyttes til det lille ventilationssystem, men det modregnes i høj grad ved undgået produktion af nyt materiale, når det rustfri stål genanvendes. Kobber og zink i materialefasen bemærkes også, men modregnes til en vis grad ved undgået produktion af nyt materiale, når materialerne genbruges.

6.2 Følsomhedsvurdering

Her vurderes, hvor følsomme de opnåede resultater er dels i forhold til usikkerhed på de anvendte data og vurderingsfaktorer og dels på de forudsætninger (antagelser, forenklinger, udeladelser), som er foretaget under studiet.

Brugsfasen

Da brugsfasen er mest dominerende, både med hensyn til ydre miljøeffekter og til ressourcer, er denne fase også mest følsom med hensyn til usikkerhed og anvendte forudsætninger.

Brugsfasen er følsom på antagelsen af elscenarie (dansk gennemsnits elproduktion) og på usikkerhed forårsaget af datas alder (1992). Der er derfor foretaget følsomhedanalyse dels på et nyere dansk elscenarie (1996) og dels på antagelse af dansk marginal elproduktion (naturgas), se bilag C. Miljøbelastning mindskes ca. 20 % for dansk elscenarie 1996. For naturgas marginal el mindskes CO₂ med ca. 1/3. For de øvrige effekter reduceres nogle mere, andre mindre. Med hensyn til de vægtede ressourcer falder stenkulsforbruget med ca. 17 %, men dette opvejes af en tilsvarende stigning i det vægtede olieforbrug. Olie vægtes hårdere end stenkul, så i fysiske mængder er forskellen mindre. For naturgasmarginal el medfører den hårdere vægtning af naturgas, at det samlede vægtede forbrug af fossil energi stiger med 40 % selvom stenkul næsten falder helt væk. Følsomhedsvurderingen ændrer ikke ved den konklusion, at brugsfasen er altdominerende.

Toksicitetsvurderingerne for brugsfasen er usikre og antageligt for små idet der mangler toksicitetsvurdering af VOC‘erne. Da det ikke har været muligt at skaffe oplysninger om enkeltstoffer i VOC og NMVOC har disse ikke kunnet vurderes og toksicitetsvurderingerne gælder derfor kun emission af tungmetaller.

Mængden af farligt affald fra energiproduktion til brugsfasen er forholdsvis lille, hvilket kan skyldes manglende registrering under den oprindelige dataindsamling. Ventilationsprodukter af kategorien farligt affald er som tidligere nævnt ikke regnet til ventilationssystemet.

Øvrige faser

For de øvrige faser er persistent toksicitet og farligt affald de mest fremtrædende og dermed følsomme. Disse effekter stammer fra materialefasen og bortskaffelsesfasen. Der knytter sig generelt stor usikkerhed til toksicitets og affalds data, for affald kan det f.eks. skyldes, at affald i nogle lande registreres som farligt, i andre ikke. Man skal derfor være varsom med at konkludere ud fra disse data.

Med hensyn til ressourcer, er data for nikkel, kobber og zink følsomme, selvom disse metaller optræder i forholdsvis små mængder. F.eks. anvendes zink som et ca. 10 my tyndt overfladelag på stålkanalerne, men zinken vægtes alligevel højere end jernet. Dette viser at man ikke kan se bort fra disse ressourcer, selvom de optræder i små mængder. Der er ikke anvendt sjældne ressourcer i øvrigt, bortset fra meget små mængder tin og bly i lodninger, som et følsomhedsoverslag viser ingen betydning har. Resultaternes følsomhed med hensyn til anlæggets opbygning er diskuteret i kapitel 7.

6.3 Diskussion

På baggrund af dominans- og følsomhedsvurderingen konkluderes det at de foretagne forenklinger har været rimelige, og at det relative forholdet mellem de vægtede miljøeffekter indbyrdes (se kapitel 5) ikke i væsentlig grad er følsomme i forhold til de anvendte data, selvom f.eks. elscenariet er af ældre dato. Hvis man vil basere konklusioner på de absolutte resultater af miljøvurderingen bør man tage hensyn til følsomheden på el-scenarierne, især for naturgas marginal el.

Det kan desuden konkluderes, at en indsats for miljøforbedring især skal koncentrere sig om at nedbringe energiforbruget under drift. Sekundært kan man overveje at undersøge alternative materialer til rustfri og galvaniserede stålkanaler, som indebærer et mindre forbrug af sparsomme ressourcer og om muligt mindre persistent toksicitetsbelastning. Det er dog vigtigt at substitution af materialet ikke medfører øget energiforbrug under drift. Plastkanaler synes at være en mulighed som bør undersøges, da disse har et mindre strømningstab end stålkanaler, og fremstilles af ressourcer med lavere vægtning. Dette er beskrevet i kapitel 8.

7 Repræsentativitet for produktfamilien

Ventilationsanlæg dimensioneres som oftest individuelt til en konkret opgave, og findes derfor i en uendelighed af udførelser. For at undersøge variationsbredden og hvorledes det betragtede 2300 m³/h ventilationsanlæg er repræsentativt er der regnet på et par større anlæg (6670 og 14000 m³/h), som samtidigt har en anden materialesammensætning. Resultaterne fremgår af matrix-LCA‘en bilag a og af figur 6 og 7.

Fotokemisk ozon-1 (lavNOx) Næringssaltbelastning Human Toksicitet Øko-toksicitet Persistent toksicitet Volumenaffald Farligt affald Radioaktivt affald Slagge og aske

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 6‘ 

Energi

Det lille ventilationsanlægget på 2300 m³/h er kendetegnet ved det største energiforbrug per 1000 m³/h - ca. 35 % større end det mellemstore anlæg på 6670 m³/h og ca. 50 % større end det store anlæg på 14000 m³/h. En forklaring er, at ventilationssystemet har forholdsvis små traditionelle (ikke energispare) motorer, som er kendetegnet ved en ret lav virkningsgrad (ca. 70 %), idet virkningsraden for en el.motor falder med størrelsen under ca. 5 kW. Det mellemstore anlæg har en energisparemotor med en virkningsgrad på 85 %, og vil forventeligt bruge ca. 20 % mindre energi. Det store anlæg har en motor med virkningsgrad på 87 %. Når energiforbruget ved det store anlæg er mindre per 1000 m³/h end ved det mellemstore skyldes det en mere effektiv varmegenvinding (roterende varmeveksler vs. krydsvarmeveksler). El-energiforbruget for det store anlæg er faktisk lidt større end for det mellemstore, hvilket f.eks. kan skyldes et forholdsvis større kanalsystem. Samme forklaring gør sig gældende for det lille anlæg, som en anden del af forklaringen end motorens virkningsgrad. Det mindre energiforbrug til opvarmning af erstatningsluft og det lidt større el-energiforbrug for det store anlæg i forhold til det mellemstore forklarer hvorfor f.eks. drivhuseffekten er mindre, selvom f.eks. forsuring og volumenaffald er større, og også hvorfor ressourceforbruget (figur 7) af råolie og naturgas er mindre og stenkul er større.

 

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 7‘

Materialer

Materialeressourcerne adskiller sig ved, at det lille ventilationsanlæg benytter rustfrit stål til en del af kanalsystemet, og derfor er der et forbrug af de sparsomme ressourcer nikkel og mangan. Chrom, som også findes i rustfrit stål, regnes ikke for at være sparsom. Rustfrit stål bruges kun hvor der er fare for korrosion, så dette er generelt ikke repræsentativt. Alle anlæg har zinkforbrug fra galvaniserede kanaler og dette må regnes for repræsentativt. Det mellemstore anlæg har et væsentligt mindre kobberforbrug end det store og lille anlæg. I det mellemstore anlæg bruges kun kobber i motorerne og muligvis en mindre del i en varmeflade. I det lille anlæg findes en køleflade med stort forbrug af kobber og en varmeflade med et lille kobberforbrug. I det store anlæg står motorerne for det største kobberforbrug, men der findes også en varmeflade af kobber. Varmeflader er almindelige i ventilationsanlæg, hvorimod køleflader kun benyttes i nogle systemer.

De 3 ventilationsanlæg er balancerede anlæg med både ud- og indblæsning. Alternativet er enkle anlæg med kun en motor/ventilator. El-energiforbruget vil herved være indre, men til gengæld vil der ikke være mulighed for varmeveksler, således at det samlede energiforbrug alligevel vil blive større.

Generelt vil resultaterne variere med anlægstype og konstruktion. Det lille anlæg bruger forholdsvis mere energi end de øvrige anlæg, men kan nok regnes som repræsentativt indenfor et forventeligt variationsområde. På ressourcesiden er der benyttet rustfrit stål i det lille anlæg, hvad der ikke er generelt repræsentativt. Det samme gælder køleflader og dermed et højt kobberforbrug. Energisparemotorer anvendes ikke generelt, men effekten heraf vil ligge indenfor det forventelige variationsområde.

8 Forbedringsanalyse

8.1 Diagnose

Resultatet af miljøvurderingen viser, at et ventilationsanlægs miljøbelastning altovervejende stammer fra energiforbruget i driftfasen. Ressourceforbruget domineres som følge heraf af energiressourcer til driftfasen, men knappe ressourcer så som zink, nikkel og kobber er også at finde.

Energiforbruget er dels elektricitet til drift af selve ventilatoren, men også termisk energi til opvarmning af erstatningsluft, dvs. den kolde udeluft som erstatter den varme indeluft som fjernes. I Danmark er det kun få tider i døgnet, hvor udeluften er varmere end indeluften.

Både elektricitetsforbruget til drift af ventilatoren og den termiske energi til opvarmning af erstatningsluft lader sig optimere.

Eksempel

For nærmere at undersøge hvorledes el-energiforbruget til drift af ventilatoren kan nedbringes er der gennemregnet et eksempel på et enkelt ventilationsanlæg. Anlægget er et indblæsningssystem opbygget af ventilator, filter, varmeflade, lyddæmper, kanaler og 10 indblæsningsarmaturer (anemostater), se figur 8 og 9. Anlægget har følgende data:

• Volumenstrøm: 2880 m³/h sv.t. 0,8 m³/s

Kanaler:

• Hovedkanal Ø400 mm, længde 6 m*
• Fordelingskanaler: Ø250-315 mm, samlet længde 43 m*
• Kanaler til armaturer: Ø200 mm, samlet længde 40 m*

*lige længde, dvs. uden bøjninger

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 8 og 9‘ 

Tryktab

Tryktabene i anlægget er vist i tabel 3 og er beregnet på baggrund af leverandøroplysninger om modstande eller tryktab i kanaler, enkeltmodstande og komponenter. Systemtryktabet er beregnet af SEMCO og er et udtryk for det tab, som opstår når luftstrømmen går fra ventilatoren og ind i kanalsystemet, set i forhold til et ideelt system, forstået som en lang lige kanal af samme tværsnit som ventilatorens trykside. I eksemplet er der en bøjning umiddelbart på ventilatorens udblæsning, som giver et systemtab. Luftens dynamiske tryk er et udtryk for dens kinetiske energi og beregnes af formlen pd = ½òv², hvor ò er luftens densitet og v dens hastighed. Enheden er Pa (Pascal).

Klik på billedet for at se html-version af "Tabel 3".

Tabel 3. Trykfald i ventilationsanlæg, eksempel

Trykfald, Pa, i ventilationsanlæg, 2880 m3/h, 10 indblæsningssteder.

Effektbehov

 Den nødvendige afgivne effekt som ventilatoren skal præstere for at drive systemet kan beregnes af:

Ofte vil man indregne en mulighed for at kunne øge anlægsydelsen med f.eks 10 %. Effektbehovet stiger herved med 3^die potens, gældende for turbolent strømning, dvs. overkapacitetsfaktoren bliver 1,1 E3 = 1,33

I alt skal effektbehovet ved virkningsgraden 1 ganges med 1,33/(0,65x0,95) = 2,15

Effektbehov motor: 375 X 2,15 = 810 Watt (sv. t. en 1,1 kW motor) Effekt ved normal drift: 375/(0,65x0,95) = 610 Watt

Der er her tale om motorens afgivne effekt, idet motorens optagne effekt fremkommer ved at dividere med virkningsgraden, som for en 1,1 kW motor er ca. 75 % eller ca. 80 % for en energisparemotor.

Det ses af tabel 3, at det største tab ligger i komponenterne, hvoraf filteret står for en stor del. Hvis der benyttes stålkanaler har kanalsystemet et tab på 100 Pa (ca. 21 %) fordelt med 20 % til de lige kanaler og 80 % til enkeltmodstande (bøjninger, reduktioner etc.). Ved at benytte plastkanaler nedsættes tryktabet i kanalsystemet med ca. 15 % (14 Pa), sv. t. 3 % af det samlede tab.

Balancerede anlæg

Det viste eksempel er et enkelt indblæsningsanlæg, hvor balancerede anlæg er almindelige for anlæg i denne størrelse. Forskellen er, groft sagt, at anlægget fordobles med et udblæsningsanlæg; men dertil kommer en varmeveksler, som også vil have et tryktab, som måske kan være af størrelsesorden som filteret (eksempler i Olufsen, 1995). Det viste anlæg er meget simpelt. Man kan forvente anlæg med flere enkeltmodstande og længere kanalsystemer i virkelige systemer, hvilket betyder at kanalsystemet måske skal tillægges lidt større vægt end i eksemplet. Disse forhold er baggrunden for, at det lille anlæg fra miljøvurderingen har 1,5 kW motorer vs. eksemplets 1,1 kW motor.

Minimering af tryktab

Som regel er anlæg opbygget udfra en række praktiske hensyn som plads og økonomi. Derfor vil det i reglen være muligt at energioptimere anlæg, men anlægget vil næsten uundgåeligt blive dyrere, således at der skal regnes med en hvis tilbagebetalingstid. Dette vil blive behandlet i fase 4 af dette projekt. Anlægget i eksemplet er typisk derved at det er optimeret ud fra pris, idet bygningsreglementets grænse med hensyn til det specifikke el-forbrug skal være overholdt (SEL < 2,5 kW pr. m³/s, for VAV¹ anlæg dog 3,2 kW pr. m³/s). Indenfor visse fysiske rammer kan anlægget optimeres ved følgende tiltag:

Klik på billedet for at se html-version af "Tabel".

Effektbehov ved mindsket tryktab

Det ses at en besparelse på 188 Pa eller ca. 40 % er indenfor mulighedernes rækkevidde. Når der tages hensyn hertil bliver effektbehovet: (469-188) Pa x 0,8 m3/s = 225 Watt. Montering af en større ventilator vil, foruden et lidt mindre dynamisk tryk, give en bedre virkningsgrad – måske 75 % i stedet for 65, idet den tilstræbes at arbejde i sit optimalområde (Olufsen, 1995). Virkningsgraden af transmissionen antages at blive en lille smule dårligere når der arbejdes med lavere effekter f.eks. 0,93 vs. 0,95 (Olufsen, 1995).

Faktorer:

Overkapacitet 1,1 E3 = 1,33 Virkn.grad ventilator: 0,75 Virkn.grad transmission: 0,93 I alt: 1,87

Effektbehov motor: 225 X 1,87 = 420 Watt (sv. t. en 0,55 kW motor) Effekt ved normal drift: 225/(0,75x0,93) = 325 Watt

Motorstyring

Foruden selve ventilationsanlægget ligger der væsentlige muligheder i motorens og anlæggets styring. Ved at anvende frekvensstyring af motoren behøver man ikke at tage hensyn til overkapacitetsfaktoren, da motorstyringen kan kompensere for denne, ved f.eks. tilstoppet filter. Motorens effektbehov bliver da 225/(0,75x0,93) = 325 Watt (sv.t. en 0,37 kW motor). Der er ingen umiddelbar fordel ved at gå en motorklasse ned, da det for små motorer (< ca. 5 kW) gælder, at en mindre motor har lavere virkningsgrad end en større indenfor motorens normale driftsområde. Hvis motoren udnyttes med mindre end ca. 25 % af sin effekt falder virkningsgraden drastisk. Dette skal man være opmærksom på ved behovsstyring af ventilationsanlægget, hvor man altså ikke bør benytte større motor end nødvendigt.

Behovsstyring

Behovsstyring af ventilationsanlægget kan etableres i forbindelse med frekvensstyring, idet man måler og regulerer det aktuelle ventilationsbehov ud fra nærmere antagne parametre, f.eks. CO₂ indhold i lokalet. De steder, hvor der ikke er ventilationsbehov, lukkes automatisk og ventilationsanlæggets samlede volumenstrøm nedreguleres tilsvarende. På denne måde kan der ofte spares 50 % energi eller mere. Besparelsen kan til dels forventes at følge førnævnte 3^die potens lov, se eksemplificeringen i afsnit 8.2, dvs. at en halvering af luftmængden kan medføre ned til 1/8 af ventilatorens energiforbrug, hvorimod varmetabet ligeledes halveres. Som nævnt må man tage hensyn til valg af motorstørrelse ved behovsstyring af anlægget, og det samme gælder ventilatoren, således at disse kommer til at arbejde mest muligt i deres optimale virkningsgradsområde. Dette kan ske ved en såkaldt samtidighedsdimensionering af anlægget, dvs. anlægget dimensioneres efter hvor mange brugssteder der maksimalt forventes at være i gang samtidig og ikke efter at anlægget skal kunne ventilere alle brugssteder samtidig. På denne måde vil man gå ud fra et forholdsvis mindre anlæg, som bedre bevare sin effektivitet når det reguleres ned.

Varmegenvinding

Balancerede anlæg er som hovedregel forsynet med varmeveksler og her kan varmegenvindingen effektiviseres ved at vælge en varmeveksler som er bedst muligt afpasset anlæggets kapacitet, eller man kan vælge rotationsvarmeveksler frem for krydsvarmeveksler. Rotationsvarmeveksleren medfører dog en hvis risiko for at udsugningsprodukter, f.eks. bakterier, partikler eller kemikalier, overføres til indblæsningsluften.

Varmepumpe

For enkelte ventilationsanlæg kan der etableres varmepumpe. Varmepumpen henter energien fra den varme udsugningsluft og den direkte virkningsgrad bliver derved god, dvs. mellem en trediedel og en fjerdedel i forhold til moderne olie- eller naturgasfyr. Varmepumpen skal dog forsynes med elektricitet, og når virkningsgraden ved el-produktion indregnes bliver det primære energiforbrug nogenlunde som for balanceret ventilation med varmeveksler, men driftøkonomien for varmepumpen er god.

Naturlig ventilation

I forhold til at optimere og styre et anlæg med tvungen ventilation som ovenfor beskrevet kan man vælge en konceptuelt anden løsning ved at udnytte naturlig ventilation. Når man etablere tvungen ventilation er det normalt fordi den naturlige ventilation ikke tilfredsstiller ventilationsbehovet, men det er muligt at arbejde med løsninger baseret på naturlig ventilation, idet den såkaldte "skorstenseffekt" udnyttes, dvs. termisk opdrift som følge af temperaturforskel mellem top og bund af en lang opretstående kanal.

I varme sommerperioder, hvor ventilationsformålet er køling, kræver naturlig ventilation særlig udformning for at udnytte solens energi, da de normale termiske drivkræfter mellem udetemperatur og indetemperatur ellers er for små.

Skorstenseffekten kan her f.eks. etableres ved hjælp af en solvæg.

Naturlig ventilation konstrueret som beskrevet kan erstatte eller understøtte tvungen ventilation, men dimensioneringen kræver særlig erfaring (Andersen, 1998). Varmegenvinding udenfor sommerperioden kan etableres ved hjælp af en varmeveksler med særlig lavt gennemstrømningstab, men teknologien er under udvikling (Energistyrelsen, 1999). Det er usikkert om en varmepumpe vil virke for naturlig ventilation, da den medfører en kraftig afkøling af luftafkastet som kan forstyrre de termiske ventilationskræfter. Hvis der ikke etableres varmegenvinding vil varmeforbruget til opvarmning af erstatningsluft med stor sandsynlighed overstige den driftmæssige besparelse af ventilatorens elforbrug.

8.2 Forbedringspotentialer

Tabel 4 viser nogle typiske energiforbrug for nogle konceptuelt forskellige typer ventilationsanlæg som beskrevet i afsniot 8.1. Hver af disse typer ventilationsanlæg kan forbedres ifølge mulighederne beskrevet i afsnit 8.1, men for naturlig ventilation er forbedringsmulighederne mest begrænset til behovsregulering.

Klik på billedet for at se html-version af "Tabel 4".

Tabel 4. Typiske energiforbrug for forskellige typer ventilationsanlæg.

Figur 10 og 11 viser de vægtede miljø- og ressourcebelastninger for det lille ventilationsanlæg på 2300 m³/h, hvor der er regnet med energibesparelse dels gennem optimering af anlægget som beskrevet i afsnit 8.1 og dels gennem behovsstyring af anlægget, ligeledes beskrevet i afsnit 8.1. Som reference er vist værdierne fra miljøvurderingen, kapitel 5.

Besparelsen gennem optimering af anlægget er opnået ved filter og varmeveksler med mindre strømningsmodstande, ventilator med større virkningsgrad, energisparemotor, bøjninger med større radius, plastkanaler i stedet for stål, samt en vis omlægning af kanaler og komponenter for at begrænse systemtab. Varmeveksleren med mindre strømningsmodstand antages at have uændret virkningsgrad. Ved de nævnte tiltag antages opnået en besparelse for anlæggets eget energiforbrug på 40 %, jfr. afsnit 8.1

Besparelsen gennem behovsstyring af anlægget er opnået ved at begrænse luftskiftet til de steder og perioder hvor der er behov. Der er regnet med, at luftskiftet er nedbragt 50 %, dvs. en halvering. Energiforbruget til opvarmning af erstatningsluft falder derfor ligeledes med 50 %. Besparelsen i anlæggets eget energiforbrug afhænger af, hvorledes der reguleres. Hvis der er tale om ren tidsregulering, dvs. ”tænd/sluk” af hele anlægget er besparelsen 50 %. Hvis der er tale om en begrænsning af volumenstrømmen, og dermed volumenhastigheden, fordelt ligeligt på alle udsugningssteder kan man antage at 3^die potensloven følges, dvs. besparelsen bliver 87,5 %, idet energiforbruget nedbringes til 1/8. I praksis vil man have en kombination af de nævnte yderpunkter, dvs. nogle sugesteder vil tændes/slukkes og andre nedregules ned. Når luftskiftet mindskes væsentligt må anlæggets virkningsgrad yderligere antages at falde noget, som følge af at motor, ventilator og transmission noget af tiden vil arbejde i et dårligere virkningsgradsområde. Som et realistisk eksempel er der derfor regnet med en besparelse på 75%. Sammenholdt med de 40 % besparelse fra optimering af anlægget bruger anlægget 15 % af den oprindelige el-energi.

Fotokemisk ozon-1 (lavNOx) Næringssaltbelastning Human Toksicitet Øko-toksicitet Persistent toksicitet Volumenaffald Farligt affald Radioaktivt affald Slagge og aske

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 10‘

Energibesparelse ved optimering af anlægget er bl.a. opnået ved brug af plast i stedet for stål. Foruden en mindre energibesparelse sparer man zink, som er en begrænset ressource, og eventuelt nickel, hvis rustfrit stål indgår. Brugen af plastkanaler medfører øget brug af mineraluld af hensyn til brandsikring og af samme grund skal plastkanalerne fæstnes til en stålafstivning, som består af 6 mm rundjern. Der er antaget det worst case tilfælde at alle kanaler brandsikres, hvad der i praksis ikke nødvendigvis er tilfældet. 80 % af plasten og stålafstivning antages at blive recirkuleret. De resterende 20 % plast og stålstivere antages deponeret, da en del mineraluldsomvundne kanaler nok bliver deponeret, grundet besværet med at adskille plast, stål og mineraluld. Al mineralulden antages deponeret. For plasten som sendes til genvinding regnes med et lødighedstab på 20 %, dvs. at den genvundne plast vil fortrænge 80 % primær plast. Lødighedstabet er et udtryk for kvalitetstab ved recykling, som følge af at der er tale om plast efter brugsfasen og at meget af den indeholder fyldstoffer (Mølgaard, 1995).

 

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Figur 11‘ 

Variabel Air Volume

9 Teknisk og forretningsmæssig vurdering af miljømæssige forbedringspotentialer

De forbedringspotentialer, som er identificeret i kapitel 8 kan i praksis kun forventes udført, hvis de ikke koster for meget. Der er derfor gennemført en forretningsmæssig vurdering af de væsentligste forbedringspotentialer.

9.1 Aktørernes rolle

Der er en række forskellige aktører, som har indflydelse på miljøpåvirkningerne fra ventilationsanlæg. Nedenfor gives et skematisk overblik over disse. En økonomisk vurdering af de skitserede løsninger findes i afsnit 9.3.

9.1.1 Producenter, underleverandører og entreprenører

Denne gruppe af aktører omfatter producenter og underleverandører af ventilationsmateriel (delkomponenter) samt entreprenører, dvs. konstruktører og byggere af ventilationsanlæg. Deres muligheder for påvirkning af miljøbelastningen er primært ved udvikling af mere effektive ventilatorer samt ved valg af materialer og komponenter. Eksempelvis er der mulighed for at designe og fremstille materiel med bedre virkningsgrad, lavere energiforbrug og så de er adskillelsesvenlige i forbindelse med bortskaffelse. Indenfor ventilatorer foregår en stadig udvikling mod mere effektive ventilatorer og den generelle tendens går også mod udvikling af elektronisk regulering af ventilation efter behov. Entreprenører indenfor ventilation har indenfor kundens økonomiske rammer mulighed for at vælge energibesparende reguleringsløsninger, vælge de mere effektive motorer og ventilatorer, vælge kanaler (plastkanaler) med mindre tab og som anvender færre sparsomme ressourcer, samt konstruere ventilationsanlægget så tabsfrit som muligt. Anskaffelsesprisen for materiel til disse løsninger er gennemgående højere end for ”standardløsninger” og prisen må afvejes mod økonomiske fordele eller stillede krav fra kunde og myndigheder. Generelt vil entreprenører næppe lægge vægt på miljøforbedrende løsninger medmindre kundekrav eller forventninger om kundekrav berettiger det.

9.1.2 Kunder, rådgiver og bruger

Kunderne spiller en væsentlig rolle, da de har mulighed for at efterspørge energibesparende og miljørigtige løsninger. Kunderne er altovervejende professionelle og kan inddeles i offentlige og private kunder. Kundens valg er overordnet et prisspørgsmål og et spørgsmål om tilbagebetalingstid. Som diskuteret i næste afsnit om forretningsmæssige muligheder har de private kunder bedre mulighed end de offentlige for at disponere økonomiske og kan derfor bedre afveje ekstra investeringsomkostninger mod besparelser i driften. Hvis sådanne afvejninger skal foretages af offentlige kunder skal det som regel tænkes ind allerede i licitationsspecifikationen for et ventilationsanlæg. Kunderne kan f.eks. informeres via oplysningskampagner i relevante fagtidskrifter samt elsparevejledning m.m. Kunderne bør forlange energiberegning så forbruget i driftsfasen bliver defineret i relation til investerinomkostningerne. Kunderne kan/bør også stille krav til producenterne om f.eks. indholdet af begrænsede ressourcer i komponenter, dvs. efterspørge alternative materialer. Dette gælder især ventilationsanlæggets kanalsystem. Ligeledes bør kunderne efterspørge alternative koncepter, som er dokumenteret mere energibesparende. Naturlig ventilation med varmegenvinding kan f.eks være en god idé, hvorimod naturlig ventilation uden varmegenvinding faktisk er mere energiforbrugende end balanceret ventilation. Rådgiverne spillerne en stor rolle i forbindelse med vejledning af kunderne mht. til projektering af miljørigtige ventilationsanlæg. De har også indirekte en rolle i forbindelse med f.eks. energi-/miljørigtig dimensionering af anlæg, rådgivning af myndigheder mht. love og reguleringer, samt udarbejdelse af eksempelvis rapporter, som lovgivning henholder sig til. Brugernes accept og forståelse af reguleringssystemer indenfor ventilation er desuden meget væsentlig.

9.1.3 Bortskaffelseskæde

Ventilationsanlæg er en produkttype som normalt vil blive ophugget med henblik på genvinding efter endt brug. Nogle forhold bør dog have opmærksomhed: Elektronik, dvs. styring og regulering, bør sendes til genvinding hos virksomheder som er specialiseret i elektronikgenvinding. I et forslag til EU-direktiv stilles krav om genvinding af mindst 80% af elektronik generelt inden år 2006. Elektromotorer bør genvindes via virksomheder, som er specialiserede i at udvinde kobber af elmotorer, da tabet af kobber kan være stort ved traditionel genvinding via shredder, idet kobber vindingerne har tendens til at blive viklet ind i jernet. Isoleringsmaterialer bør være lette at fjerne fra stål- eller plastkanaler, så materialerne kan genvindes hver for sig. Korrekt håndtering af de påpegede forhold kan f.eks. sikres ved tydelig information på de pågældende komponenter samt ved information, både specifikt for produktet og generelt.

9.1.4 Lovgivere og myndigheder

Lovgivere og myndigheder har muligheder for at påvirke ved at vedtage og forvalte love, vejledninger og reguleringer, som stimulerer miljørigtige løsninger.

Tilskudsordninger er ligeledes en foranstaltning som kan fremme energibesparende tiltag. Ventilationsanlæg er omfattet af bygningsreglementet som stiller krav til at energiforbrug og effektbehov begrænses under hensyntagen til ventilationsanlæggets udformning og anvendelse, herunder krav til ventilationens kapacitet. Dette kan f.eks. ske ved at følge de metoder og vejledninger, der er angivet i SBI-anvisning 188: Ventilationsanlæg med lavt elforbrug. Der er tale om minimumskrav i Bygningsreglementets, som ret let kan opfyldes ved en rimelig fornuftig dimensionering og simpel styring af anlægget, og de skitserede løsninger i denne håndbog rækker ud over disse minimumskrav. Det anses for usandsynligt, at der fremover stilles specifikke miljøkrav til den enkelte underleverandør, f.eks. af kanaler (zinkoverflade) eller motorer (effektivitet og kobberindhold). Der er tilsyneladende ingen standarder for brandisolering af plastkanaler til ventilationsformål, hvilket gør brandmyndighedernes godkendelse af sådanne kanaler til et usikkerhedsmoment.

9.2 Forretningsmæssige muligheder

Da kunderne anses for at være den primære aktør for udbredelse af energi-/miljøvenlige ventilationsanlæg er kundernes holdninger undersøgt ved en spørgeskemaundersøgelse og eventuelt opfølgende telefoninterview. Repræsentanter for kunderne blev udvalgt og opdelt i privat og offentlig virksomhed. Der blev indhentet svar fra 5 private virksomheder og 3 offentlige, hvoraf den ene udtalte sig i generelle vendinger om forholdende på skoler og universiteter. Der var i alle tilfælde tale om store virksomheder. Der var varierende holdninger blandt de adspurgte, men for de private virksomheder tegnede der sig et ret entydigt billede ud af undersøgelsen, hvorimod billedet i de offentlige virksomheder var mere blandet.

Kunderne blev stillet følgende spørgsmål:

• Har det indflydelse på valg af ventilationsanlæg at dette udføres miljørigtigt og er svaret økonomisk og/eller imagemæssigt begrundet
• Er virksomheden villig til at betale ekstra for et miljørigtigt anlæg i forhold til en økonomisk forrentning og hvor lang tilbagebetalingstid kan accepteres.
• Er virksomheden generelt villig til at betale ekstra for et miljørigtigt anlæg og hvor meget mere (%) i forhold til normalprisen.
• Vil virksomheden eventuelt stille mere plads til rådighed for et miljørigtigt anlæg.
  

De private virksomheder er generelt positive for at vælge et miljørigtigt anlæg. Svaret er mest økonomisk begrundet, men for enkelte visksomheder tillige imagemæssigt. Acceptable tilbagebetalingstider varierer fra 1-2 år og op til 3 år. Tre virksomheder er villige til at betale 5 – 20 % mere for et miljørigtigt anlæg, men to virksomheder vil ikke betale mere. De fleste virksomheder kan stille noget, men ikke meget, ekstra plads til rådighed.

To offentlige virksomheder var positive med besvarelser der ligner det ovenfor beskrevne billede af de positive tilbagemeldinger fra private virksomheder. Begge disse virksomheder ligger indenfor hospitalssektoren, og har muligvis bedre mulighed for at disponere økonomisk end andre offentlige virksomheder, eller man har tænkt på mindre ventilationsanlæg, som kan betales over et samlet drift/anlægsbudget. Den tredje offentlige virksomhed er et universitet (DTU), som påpegede at det i offentligt udbud, hvortil store ventilationsanlæg hører, altid er laveste pris der gælder, og at man derfor ikke har mulighed for at overveje en merpris for et miljørigtigt ventilationsanlæg, selvom det kan begrundes økonomisk over driften. Miljørigtige løsninger skal tænkes ind i specifikationskravene til licitationsudbudet, men tilbagebetalingstiden vil være meget kort (1-2 år), og i reglen har den slags forslag det med at glide ud til fordel for løsninger som kun overholder myndighedernes minimumskrav, da det offentlige altid mangler penge i deres budgetter, og derfor er tilbøjelige til at tænke i kortsigtede billige løsninger, frem for i langsigtede besparende. Repræsentanten for DTU mener at dette billede er generelt for offentlig virksomhed, i alt fald når der er tale om skoler og universiteter.

9.3 Teknisk forretningsmæssig vurdering

På baggrund af kundernes udtalelser om deres villighed til at investere er der foretaget en teknisk forretningsmæssig vurdering af løsningsmulighederne beskrevet i afsnt 8.1 og deres besparingspotentialer.

Der er taget udgangspunkt i, at kunderne er villige til at yde en merinvestering på 15 % i forhold til et ”normalanlæg”, hvis denne merinvestering kan tilbagebetales over højst 2 år.

Et ”normalanlæg” er defineret som et traditionelt fornuftigt dimensioneret ventilationsanlæg, som overholder lovens krav med hensyn til energiforbrug for komfortanlæg. Der er selvfølgelig væsentlige variationer af normalanlæg med hensyn til udførelse af kanalsystem og behov for armaturer, men generelt vil normalanlægget være bestemt ved:

Et normalanlæg er et balanceret ventilations anlæg (indblæsning og udsugning) med varmegenvinding, temperaturregulering og med manuel start/stop funktion.

I forhold til oplyste generelle nøgletal (tommelfingerregler) fra Semco med hensyn til investeringspris per m³/h for et ”normalanlæg” svarer merinvesteringen 15 % til:

• lille anlæg: ca. 35.000 kr
• mellemstort anlæg: ca. 80.000 kr
• stort anlæg: ca. 125.000 kr
  

Et realistisk besparelsespotentiale ved behovsregulering og nedbringelse af tab er i afsnit 8.2 beregnet til 50 % varme og 87,5 % el. Hvis virksomhedernes energipriser sættes til 1 kr/kWh for el. og 3 – 6 kr/l for olie (afhængig af afgift) kan den årlige energibesparelse beregnes til 34.000 – 40.500 kr for et lille anlæg og 141.000 – 164.000 for et stort, forudsat at anlæggende kører 24 timer i døgnet. I begge tilfælde kan tilbagebetalingen altså nås indenfor 1 år, hvis man opnår det fulde energibesparelsespotentiale. I f.eks. skoler og kontorer er der ikke behov for 24 timers drift, snarere om 8 timer, så her er en tilbagebetalingstid på 2-3 år mere realistisk. Forventning om fremtidige stigende energipriser kan dog begunstige investeringen.

De tidligere beskrevne tekniske løsningsmuligheder er økonomisk vurderet i nedenstående skema. Der regnes med, at der er nogenlunde linearitet i investeringerne i forhold til anlægsstørrelsen. Dvs. at f.eks. behovsregulering af luftmængden koster ca. dobbelt så meget for et anlæg som har dobbelt så stor kapacitet som et andet.

Klik på billedet for at se html-version af "Tabel".

10 Referencer

Andersen, K.T. (1998). Dimensionering af naturlig ventilation ved termisk opdrift. SBI-anvisning 301. Statens Byggeforskningsinstitut, Hørsholm.

Energistyrelsen (1998). Naturlig ventilation med varmegenvinding og solassistance. Forprojekt, j.nr. 1213/98-0025. Energistyrelsen, København.

Erichsen, H. (1999). Personlig kommunikation. DTU, Lyngby.

Eurostat (1997). Energy Balance Sheets 1994-95, Eurostat, Luxembourg.

Frees, N. og Pedersen, M. A. (1996). UMIP enhedsprocesdatabase. UMIP publikation. Miljøstyrelsen, København.

Frees, N. og Weidema, B.P. (1998). Life Cycle Assessment of Packaging Systems for Beer and Soft Drinks, Energy and Transport Scenarios. Miljøprojekt nr. 406. Miljøstyrelsen, København.

Gydesen et.al. (1990). Renere teknologi på energiområdet. Miljøprojekt nr. 138. Miljøstyrelsen, København.

ISO (1997). Standard 14040: Environmental management – Life Cycle Assessment – Principles and Framework. ISO.

ISO (1998a). Standard 14041: Environmental management – Life Cycle Assessment – Goal and Scope Definition and Inventory Analyses. ISO.

ISO (1998b). Standard 14042: Environmental management – Life Cycle Assessment – Life Cycle Impact Assessment, draft. ISO.

Larsen, I. (1999). Personlig kommunikation. SEMCO, Brøndby.

Miljøstyrelsen (1996). Informationssystemet om Renere Teknologi (Rentek). Miljøstyrelsen, København.

Miljøstyrelsen (1996). Brancheanalyse beton – renere teknologi ved betonfremstilling. Arbejdsrapport nr. 42/1995. Miljøstyrelsen, København.

Miljøstyrelsen (1999). UMIP PC-værktøj, version 2.11 beta. Miljøstyrelsen, København.

Mølgaard, C. (1995). Environmental Analyses of disposal of plastics waste. Ph.D. afhandling. Danmarks Tekniske Universitet, Lyngby.

Olufsen, P. (1995). Ventilationsanlæg med lavt energiforbrug. SBI-anvisning 188. Statens Byggeforskningsinstitut, Hørsholm.

Wenzel, H., Hauschild, M. og Rasmussen, E. (1996a). Miljøvurdering af Produkter. UMIP publikation. Miljøstyrelsen, København.

Bilag A. Matrix-LCA

Forudsætninger

Matrix LCA‘erne vedrører de tre anlæg beskrevet i hovedteksten:

- Lille ventilationsanlæg, 2300 m3/h, med krydsvarmeveksler
- Mellemstort ventilationsanlæg, 6670 m3/h, med krydsvarmeveksler
- Stort ventilationsanlæg, 14000 m3/h, med rotationsvarmeveksler

Resultaterne af matrix-LCA‘erne er vist på de følgende sider, både per stk. ventilation og per 1000 m3/h.

Støbejern: 30 MJ/kg
Galvanisering af stålplade: 0,5 kWh/m2 = 5 MJ/m2. 0,8 mm plade sv.t. 6 kg/m2
Primær rustfrit stål: 83 MJ/kg ("fiktivt" materiale af hensyn til systemudvidelse)
Isolering: 12 MJ/kg

- Energiforbruget til produktion antages at være 1 kWh per kg produceret produkt, hvilket er et erfaringstal for simple jern- og metalkonstruktioner. Kun en lille del af anlægget (motorer etc.) kan betegnes som komplekst.
- For energiforbruget under drift er regnet med en effektfaktor på 0,9. Der er regnet med virkningsgraderne 0,75 for 2300 m3/h, 0,85 for 6670 m3/h og 0,87 for 14000 m3/h.
- Ventilationsluft opvarmes med termisk energi. Der er regnet med en samlet virkningsgrad på 72 % således at 1 kWh varmetab svarer til 5 MJ primær energiforbrug.

Sammenfatning og konklusion

Ca. 99 % af energiforbruget ligger i brugsfasen. Der er en tendens til, at materialefasen udgør en lidt større del for det lille anlæg i forhold til det mellemstore. Materialefasen udgør ligeledes en forholdsvis større andel for det store anlæg, men dette skyldes en mere effektiv varmegenvinding, således at det i virkelighed er brugsfasen som er forholdsvis mindre.

Materialefordelingen mellem aggregat og kanaler er specificeret af Semco. Fordelingen viser, at den tonnagemæssigt største del ligger i kanalsystemet og at denne andel er forholdsvis større for store (ca. 90%) end for små anlæg (ca. 75%).

Af det samlede energiforbrug (eget energiforbrug plus luftopvarmning) udgør anlæggets eget energiforbrug ca. halvdelen for anlæggene med krydsvarmeveksler og ca. 2/3 for anlægget med rotationsvarmeveksler.

Konklusionen er, at optimering af ventilationsanlæg skal fokusere på anlæggets eget energiforbrug og varmegenvinding, samt at denne optimering kan tillades at koste flere materialer.

Det er ikke muligt ved en matrix LCA at afgøre om begrænsede ressourcer, så som kobber, zink på galvaniseret plade og nikkel i rustfrit stål, eventuelt har en synlig vægt.

Klik på billedet for at se html-version af "MatrixLCA".

Klik på billedet for at se html-version af "MatrixLCA".

Klik på billedet for at se html-version af "MatrixLCA".

Klik på billedet for at se html-version af "MatrixLCA".

Klik på billedet for at se html-version af "MatrixLCA".

Klik på billedet for at se html-version af "Matrix LCA".

Klik på billedet for at se html-version af "Tabel".

Bilag B. Beregningsresultater vægtede.

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Tabel‘





Klik på billedet for at se html-version af: ‘Tabel‘

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Tabel‘

Bilag C. Følsomhedsvurdering og deres vægtningsresultater.

Følsomhedsvurdering, dansk el 1992 vs. dansk el 1996.

Klik på billedet for at se html-version af: ‘Tabel‘


Følsomhedsvurdering, dansk el 1992 vs. naturgas marginal el.

Klik på billedet for at se html-version af: ‘‘

| Til Top | | Forside |