Förbättrad lagerkonstruktion för snökylaanläggningar i öppen
bassäng
På grund av en ökande befolkning, industrialisering, krav på komfortkyla samt användning av elektronisk utrustning finns idag ett allt större kylbehov för lokaler och tekniska anläggningar i såväl Sverige som övriga världen. Kyla kan tillverkas på flera olika sätt. Vanligast är att kylan tillverkas med kylmaskiner som drivs av el, men absorptionsvärmepumpar som drivs av värme finns också. Med stigande elpriser och med hänsyn till miljön är det därför önskvärt att hitta alternativ till kylmaskinerna. En alternativ metod är att utnyttja lagrad kyla från snö och is. I säsongslager för snö och is sparas snön från vintern till övriga delar av året när kylan utvinns. Snön kan sparas på olika sätt. Den lagerkonstruktion som undersökts i detta arbete är en öppen bassäng. Principen för denna typ av lagerkonstruktion är att förvara snö och is i en mer eller mindre vattentät bassäng där en köldbärare kyls av snön. Härifrån pumpas köldbäraren ut till de anläggningar som ska kylas. Värme från anläggningen värmer upp köldbäraren som transporterar bort värmen från anläggningen. Vid sjukhuset i Sundsvall byggdes en första snökylaanläggning som togs i drift sommaren 2000. Snölagret utformades som en grund, svagt lutande bassäng som rymmer ca 60 000 m3 snö. Anläggningen har sedan starten producerat 77-93% (655-1345 MWh) av det totala kylbehovet för sjukhuset under somrarna, Skogsberg (2005). Detta arbete utreder hur konstruktionen för ett snölager i öppen bassäng kan förbättras med avseende på ekonomi och miljö under olika mark- och grundvattenförhållanden. Arbetet fokuserades på tätskiktet samt lagrets slänter. En litteraturstudie genomfördes för att få kunskaper om för- och nackdelar mellan olika jordmaterial, tätskikt och jordförstärkningsmetoder som ansågs aktuella för att kunna förbättra lagerkonstruktionen. Efter litteraturstudien valdes två jordmaterial, morän och silt, ut för det fortsatta arbetet. Därefter valdes jordförstärkningsmetoder för respektive material. För moränen valdes metoderna jordarmering med armeringsmattor och jordspikning samt metoden K/C-pelare, och för moränen valdes endast metoden jordarmering. Därefter användes programmet Slope/W för att göra simuleringar för olika släntlutningar. De släntlutningar som simulerades var 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 och 1:5. Simuleringarna utfördes med tre olika grundvattennivåer för varje fall. Nivåerna var 1, 4 och 7 m under markytan. Kostnadsberäkningar genomfördes sedan för att beräkna konstruktionskostnaderna för varje dimensionerat fall. Beräkningarna utfördes för ett lager med volymen 100 000 m3. Resultaten visar att störst betydelse för konstruktionskostnaden hade behovet av tätskikt, samt om något jordmaterial var tvunget att köpas in till gropens slänter och vallar. Billigast blev en lagerkonstruktion utan tätskikt och där gropen anpassades så att massbalans råder medan den urschaktade jorden och den jord som behövs för att bygga vallarna. Skillnaden i kostnad mellan en konstruktion utan tätskikt med släntlutning 1:2 och släntlutning 1:4 var ca 170 000 kr, där lagret med släntlutning 1:4 var dyrast. I de fall där ett tätskikt krävs valdes två olika tätskikt, HDPE respektive bentonitmatta. Vilket som väljs i varje fall beror på önskad släntvinkel. Dyrast blir lagret om bentonitmattan väljs. Oavsett vilket tätskikt som väljs minskar kostnaden med ökad släntlutning. Slutsatsen av detta att den billigaste konstruktionen är en lagerkonstruktion där inget tätskikt används. För att detta ska vara möjligt krävs en grundvattennivå som möjliggör att inget tätskikt används, dvs. en grundvattennivå högre än smältvattnets nivå i bassängen. Oavsett om ett tätskikt krävs eller inte ska lagret konstrueras med så branta släntvinklar som möjligt utan att någon förstärkningsmetod används, då ingen ekonomiskt försvarbar förstärkningsmetod hittades.