Case Arlanda

Maailman suurin maanalainen energiavarasto Arlandassa hyödyntää Retermian teknologiaa

Arlandan lentokenttä Tukholmassa kulutti yhtä paljon energiaa kuin 25 000 asukkaan kaupunki.

Säästääkseen energiakustannuksissa ja toteuttaakseen kunnianhimoisia ympäristötavoitteitaan Arlanda päätyi ainutlaatuiseen ratkaisuun: maailman suurin maanalainen vesivarasto, ”aquifer”, tuottaa nyt lähes kaiken lentokentän kesällä tarvitseman jäähdytysenergian. Vesivaraston lämpöenergiaa käytetään talvella lentokoneiden pysäköintipaikkojen sulattamiseen ja rakennusten tuloilman esilämmitykseen.

Arlandan lentokentän järjestelmän periaatekaavio.

 

Termospullo maan alla

Maanalainen vesivarasto toimii kuin jättiläismäinen termospullo. Kesällä varastosta pumpataan kylmää vettä jäähdytyskäyttöön. Lämmennyttä vettä varastoidaan ja käytetään talvikaudella tuloilman esilämmitykseen ja kentän sulatukseen.

Energiavarastosta kesällä saatava jäähdytysteho siirretään levylämmönsiirtimien avulla lentokentän kaukojäähdytysverkostoon. Levylämmönvaihtimessa lämmennyt vesi palautetaan energiavaraston toiseen osaan, missä sitä varastoidaan talveen (lämmityskauteen) saakka. Lentokentän kaukojäähdytysverkostosta jäähdytystehoa puolestaan siirretään Retermia -piiriin, missä tuloilman viilennys suoritetaan neulalämmönsiirtimillä.

Energiavaraston käyttö talvella: maasta siirretään lämpöä lentokentän tuloilman esilämmitykseen ja lentokoneiden pysäköintipaikkojen sulatukseen.

 

Energiavaraston käyttö kesällä: maasta siirretään jäähdytysenergiaa lentokentän tuloilman viilennykseen.
Viilennys suoritetaan neulalämmönsiirtimillä.

 

Jäähdytyskuormat hyötykäytössä

Energiavarastoon kertynyttä lämpöä hyödynnetään talvella tuloilman esilämmityksessä samojen neulalämmönsiirtimien avulla, jotka kesällä viilentävät tuloilmaa. Retermia -piirissä hyödynnetään myös rakennuksen jäähdytysverkoston paluuveden lämpöä ilmanvaihdon tuloilman talviaikaisessa esilämmityksessä. Neulalämmönsiirtimien avulla hyödynnetään rakennuksen sisävyöhykkeessä talvella syntyvää jäähdytyskuormaa rakennuksen ulkovyöhykkeiden lämmityksessä. Toisin sanoen, järjestelmä tekee mahdolliseksi siirtää lämpöä ja kylmää rakennuksen sisällä ja vuodenaikojen välillä.

Retermia- järjestelmän periaatekaavio talvikäytöllä:
Retermia -piirissä hyödynnetään rakennuksen jäähdytysverkoston paluuveden lämpöä ilmanvaihdon tuloilman esilämmityksessä ja lisäksi Aquifer- varaston lämpöä puretaan tuloilmaan. Neulalämmönsiirtimien paluunesteen lämpötila pidetään 1…8 C välissä säätämällä Retermia piirin pumpun nestevirtaamaa.

 

Säädettävyys ratkaisi

Maanalainen energiavarasto ja siihen liittyvät järjestelmät ovat Swecon suunnittelemia ja Swedavian toteuttamia.
– Arlanda oli erittäin mielenkiintoinen projekti: täysin uudentyyppinen järjestelmä, jonka mitoittamiseen ei ollut minkäänlaisia valmiita ”hihavakioita”. Optimiratkaisu haettiin RECAL- ohjelmalla mallintamalla eri lämmönsiirrinvaihtoehtojen toimintaa muuttuvilla ilma- ja nestemäärillä sekä ulkoilman lämpötiloilla. Optimiratkaisu löydettiin yhteistyössä LVI- suunnittelijan kanssa, DI Markus Castrén Retermiasta kertoo.
Neulalämmönsiirtimet sijoitettiin esisuodatin- ja lämmönsiirrinseinäksi vanhaan raitisilmakammioon. Lämmönsiirrinseinä koostuu 15 moduulista.

Neulalämmönsiirrinseinä ilmavirralle 30…50 m/s. Patteriseinä koostuu 15 lämmönsiirrin lohkosta.

 

 

Neulalämmönsiirrinseinä vanhaan raitisilmakammioon asennettuna. Vasemman puoleinen kuva on ulkoilmavirran puolelta katsottuna ja oikean puoleinen kuva patteriseinän jättöpuolelta katsottuna. Neulalämmönsiirrinseinä toimii myös F3- tason esisuodattimena ja estää pääsuodattimien kostumisen.

 
Neulalämmönsiirtimen tehokas toiminta laajalla neste- ja ilmavirtaama-alueella oli onnistuneen toteutuksen kannalta ratkaisevan tärkeää. Neulalämmönsiirrinseinämän nestemääriä säädetään portaattomasti välillä 9 – 55 l/ s sen mukaan, minkä lämpöistä paluunestettä Retermia -piiristä kulloinkin tarvitaan lämmitys- tai jäähdytyskäytössä.

Toisin kuin perinteisillä lämmönsiirtimillä, neulalämmönsiirtimellä on lineaarinen ilma- ja nestepuolen lämmönsiirtokyky (konduktanssi) ilma- ja nestevirtauksen nopeuden funktiona. Neulalämmönsiirtimellä ei myöskään ole olemassa ns. laminaarinopeutta, jolla ilma- tai nestepuolen lämmönsiirtokyky romahtaisi. – Nämä ominaisuudet yhdessä neulalämmönsiirtimen pienen ilmapuolen painehäviön kanssa olivat ratkaisevia tekijöitä lämmönsiirrintyyppiä valittaessa, Castrén lisää.

Retermia on toimittanut laitteita Arlandaan kolmeen otteeseen. Ensimmäinen toimitus lähti matkaan vuonna 2007 Terminaaliin 5. Vuonna 2011 toimitettiin kaksi vastaavaa järjestelmää lisää Sky City -rakennukseen. Kaikki toimitusetapit ovat olleet maksimi-ilmavirraltaan 50 m3/s.

 

Suuret säästöt ja ympäristöpalkintoja

– Käyttökokemuksemme järjestelmästä ovat olleet oikein hyviä, kertoo automaatioinsinööri Håkan Tollbring Arlanda Energi:stä. Sky City:n järjestelmä on ollut täydessä käytössä joulukuun 2011 puolivälistä alkaen ja tuottaa noin 1.1 MW jäähdytys-tai lämmitystehoa ulkoilman lämpötilan ollessa -3 °C.

 
– Terminaali 5:n LTO-järjestelmän VÅ301 arvioitu säästö on 5800 MWh lämpöenergiaa ja yhtä paljon jäähdytysenergiaa vuodesta 2008, Tollbring jatkaa.

 
Kokonaisuudessaan Arlandan aquifer–järjestelmä on vähentänyt lentokentän vuotuista kokonaissähkön kulutusta arviolta neljällä gigawattitunnilla ja kaukolämmön kulutusta kymmenellä gigawattitunnilla. Yhteenlaskettuna säästöistä tulee 14 GWh, mikä vastaa noin tuhannen omakotitalon kuluttamaa energiaa.
Arlandan lentokenttä on saanut ympäristötyöstään useita ympäristöpalkintoja, mm. Airports Council International -järjestön Eco Innovation –palkinnon sekä Stora Energipriset:in vuonna 2009.