Arlanda och fjärrkylan

På Arlanda är de coola. Riktigt coola. Och kylan pumpas upp ur marken. Vi har besökt Arlanda Energi och undersökt fjärrkylsystemet som gav dem Stora Energipriset 2009.

Arlanda har något som många andra inte har: ett sätt att faktiskt lagra energi. Energi är något flyktigt, som normalt inte låter sig lagras, utan smiter iväg så fort man fått tag i den. men kan man stänga in den i en jättesjö under jorden, en akvifär, så blir den kvar där. Åtminstone ett tag.

Det är det här vi talar om i artikeln. Akvifären finns till höger, under Halmsjön och det kalla vattnet hanteras i borrade brunnar vid sjöns norra del, medan det varma vattnet förvaras vid sjöns södra del. Värme och kyla samlas in i kylcentralen och sänds till terminalerna och de övriga byggnader som fjärrkyls. Notera att Terminal 4 ännu så länge inte är fjärrkyld.

Det utnyttjar man på Arlanda i och med att det finns en massa överskottsvärme i marken på sommaren, när solen lyser på uppställningsplatser för flygplan (apron) och parkeringsbryggor runt omkring. Denna hämtas in och lagras i akvifären på sommaren. Man suger upp den ur akvifären på vintern och har till att tina samma ytor med. Kylan används också till att kyla lokalerna, sammanlagt 450.000 kvadratmeter. Det är inte bara människorna, med en ungefärlig utstrålning av 500 kilowatt som behöver kylas, utan även butikernas kylbehov ska tillgodoses. Belysningen strålar en hel del värme, även om det håller på att minska i och med att lysdioderna är på väg in överallt.

Själva akvifären har beskrivits övergripande i en tidigare artikel: https://www.teknikaliteter.se/2017/12/25/akvifaren-bergvarme-i-gigantformat/

Akvifären är det stora energilagret.

Som bilden visar har den en varm och en kall del. Värme hämtas från marken på flygplatsen under sommaren och lagras i akvifären och kyla tas därifrån för att kyla lokakerna. På vintern pumpas kyla från marken ned i den kalla delen och den lagrade värmen tas upp och bidrar till uppvärmningen.

Grundläggande om energiförsörjningen

• Arlandas lokaler, ventilationsluft, tappvatten och uppställningsplatser värms med värme från Fortum.
• Innan varmvattnet från Forum sätts in i ventilationsluften finns ett försteg som förvärmer luften med varmvattnet från akvifären. Denna extravärme sparar fjärrvärme.
• Arlandas lokaler kyls med kyla från akvifären, ibland understött av kyla från Halmsjön.
• Under sommaren tas värme från uppställningsplatserna till akvifären.
• Utöver detta reduceras instrålningen i lokalerna med persienner och tintade rutor.

De olika slingsystemen

Fjärrkylsystemet består av en primärkylslinga fylld med avjoniserat, avgasat vatten och ett antal sekundära slingor ute i terminaler och byggnader. Dessa kan i sin tur ha mellanslingor och tertiära slingor fyllda med exempelvis glykol och vatten, som till exempel markvärmesystemet.

På in-sidan finns också flera sekundära slingor, en för akvifärsvattnet och en för Halmsjöns vatten.

Mellan alla dessa slingor sitter plattvärmeväxlare och alla slingor har egna cirkulationspumpar. Det finns gasvakter överallt som larmar om det skulle förekomma freon i kylvattnet på grund av en läcka i kylmaskinerna. Det duger inte att pumpa ned freon i vare sig sjön eller i akvifären.

Det är viktigt att man förstår att kylsystemet går ”framlänges” på sommaren och ”baklänges” på vintern, i samma rör. De kalla rören är alltid kalla och de varma alltid varma. Cirkulationspumparna i kylcentralen går under sommaren och trycker kylvattnet mot terminalerna, medan de förbikopplas på vintern och pumpar i terminalerna trycker runt vattnet istället.

För- och nackdelar

Helt bortsett från att det finns gratis kyla att hämta i marken, så innebär ett fjärrkylsystem en radikalt minskad mängd apparatur jämfört med om det hundratal byggnader på Arlanda som behöver kyla, skulle åstadkomma detta med lokala kylmaskiner överallt. Det resulterar också i betydligt minskat underhållsarbete och minskad risk för freonläckage.

Å andra sidan kan man hävda att det kan vara farligt att samla all kylverksamhet på ett ställe för om detta slås ut blir hela Arlanda utan kyla. Givetvis är man medveten om denna risk och det mesta som kan gå sönder finns i två eller tre upplagor. Mycket av utrustningen har förbikopplingsventiler som kan öppnas om någon del skulle gå sönder.

Dessutom finns nödkylrutiner som kan ta kyla ur Halmsjön om vädret så skulle kräva eller akvifärsutrustningen skulle gå sönder. Här finns alltså flera alternativa källor till kyla, något som en lokal kylmaskin inte har.

Ventilationen sker lokalt ute i varje terminal eller pir och påverkas inte av den centrala kylanläggningen. Skulle kylan trots allt fallera kan passagerarna ändå andas frisk luft, om än med omgivningstemperatur.

Starka maskiner

Tillsammans med vår ciceron Fredrik von Schoting som jobbar på Arlanda Energi, ger vi oss ut för att utforska lite RIKTIG MASKINVARA, nämligen en mängd HÅRDA SAKER som alla är i megawattklassen. Fredrik har någonting mycket åtråvärt, ett passerkort som ger honom tillträde till hela Arlanda, och vi beslutar oss för att använda det maximalt.

Det är omöjligt att i ord beskriva all kopplingsmöjligheter som finns i kylsystemet. Istället får du ha en trevlig stund med flödesschemat själv. Jag hoppas att mina färgade pilar och text ska hjälpa dig lite på vägen. Notera även pilarna på ledningarna som anger om vattnet kan strömma i ena eller båda riktningarna.

I kylcentralen

Vid Halmsjön, nära norränden av bana 19R, alltså nya banan, eller Bana 3, hur man nu vill se på det, ligger ett ensamt, vitt hus. Det är kylcentralen. Där hämtas kyla och värme in från naturen, koncentreras och pumpas ut i rörledningar mot Arlandas terminaler och andra byggnader som behöver kyla sommartid och värme vintertid. Värme och kyla kommer tillbaka till samma hus, fast i omvänd ordning, och pumpas tillbaka till naturen, närmare bestämt akvifären, och lagras där.

Kylsystemet kan kopplas om på en mängd olika sätt, beroende på situation och kylbehov och det går inte att redogöra för alla här.

Akvifärsvattnet kan till exempel värmeväxlas ut i fjärrkylsystemet direkt, eller användas som invatten till kylmaskinerna.

Kylmaskinerna kan också i nödfall få kylvatten från Halmsjön. Sjövattnet kan köras rakt igenom kylmaskinerna, eller, hellre, genom en värmeväxlare.

Kylmaskinerna är ena bestar. Det finns tre stycken på tre megawatt styck. De behöver inte vara igång allihopa på en gång, vilket är en redundanssak. Motorn ovanpå är på hela 500 kilowatt.

Även huvud-cirkulationspumparna finns i tre upplagor, även om den tredje längst till höger är något mindre. Du ser att det är stora grejor med motoreffekt på hundra kilowatt styck.

Det är tusen och åter tusen ventiler, pumpar och sensorer och alla styrs från två styrsystem. De flesta körs från ett system leverat av TAC AB (en del av Schneider Electric), TAC Vista Workstation, som Fredrik visar här, men för konkurrensens skulle styrs vissa terminaler från ett system från Siemens. Skärmbilderna i denna artikel kommer från TAC-systemet.

Detta är översiktsbilden som ger grunddata om hela installationen. Du ser utgående kallvatten och de olika terminaler och pirar som försörjs, samt grunddata om dem. Det är ungefär 90 kPa skillnad (börvärde i driftfall 1 ”DF1”) mellan utgående och inkommande kallvattentryck. Intemperaturerna hos de olika förbrukarna ligger strax över 9 grader och returtemperaturerna runt 15-16 grader.

Anläggningen har två huvudtillstånd: Driftfall 1 och Driftfall 2. Just nu är det sommar och driftfall 1 gäller, vilket innebär att cirkulationspumparna i kylcentralen driver vattnet genom hela systemet.

En bit ned i systemet hittar vi distributionspumparna. Du ser att det är tre stycken, CP001 – CP003 varav endast en går just nu. Just här innebär Driftfall 1 att cirkulationspumparna går och vinterventilerna SV011 – SV012 är stängda. Dessa förbikopplar annars pumparna i Driftfall 2 när pumpning sker från terminalsidan.

I avsikt att spara maximalt med energi kan de flesta pumpar och fläktar varvtalsstyras. Frekvensomriktare som dessa finns lite varstans i hela anläggningen.

Kommadon från styrsystemet slutar i styrskåp som liknar detta. Det kallas för PLC (Peripheral Logic Controller) eller DUC (distribuerad undercentral). I princip kommer det in en datakommunikationsledning i ena änden och ut kommer styrd kraft till pumpar och ventiler. In kommer också signaler från olika sensorer, som växlas över på dataledningen och kan analyseras av styrsystemet.

Akvifären

Akvifären är strax intill Halmsjön, bara en bit nedåt, så att säga. Den syns inte mycket i marknivå utan ser mest ut som ett par små lådor på gräsmattan. Inuti lådorna börjar rören som går ned i grundvattnet. Runt sjöns sydände ligger de varma brunnarna, alltså de rör där man pumpar ned förhållandevis varmt vatten (15 grader), men den de kalla brunnarna ligger cirka 500 meter längre norrut, där man pumpar ned kallt vatten (5 grader).

Intagsrören ÄR det första vi ser av akvifären inne i kylcentralen. Det ena röret är varmt, det andra kallt. Pumpningen upp och ned i marken sker med pumpar ute vid brunnarna.

Akvifärvattnet får inte komma i kontakt med primärvattnet i fjärrkylsystem, utan det värmeväxlas i två jättelika plattvärmeväxlare om 4 MW stycket. Inte så att det skulle vara något fel på akvifärvattnet, det var tidigare Arlandas dricksvatten, men primärvattnet är superrent, avjoniserat, och framför allt avgasat och det vill man hålla inneslutet.

Primärvattnet trycks igenom värmeväxlarna med dessa cirkulationspumpar, två i parallell för redundansens skull.

På en ingångsledning till en av värmeväxlarna hittar jag denna termometer som visar att det kalla invattnet för närvarande håller dryga fem grader.

Halmsjön

Halmsjön var tidigare den enda källan till fjärrkyla, men dels är akvifären effektivare och dels har Länsstyrelsen haft åsikter om det lämpliga med att förkyla fiskarna i sjön. Den används numera bara i nödsituationer och om akvifärkylan behöver eftertrimmas lite. Kylan från Halmsjön benämns i systemet som ”frikyla”.

Intaget från Halmsjön består av två bassänger med varsin dränkbar pump. Härifrån pumpas vattnet upp till…

…värmeväxlaren för frikyla. Sekundärvattnet härifrån kan dels tas som kylvatten till kylmaskinerna, dels kan det hjälpa akvifärsvattnet genom att pumpas genom akvifärsvärmeväxlarna.

Tunnlar mot terminalerna

Det är nu dags för lite spelunkering. Från kylcentralen går en en kilometer lång tunnel 25 meter under jorden med fjärrvärme och fjärrkyla till terminalbyggnaderna.

Här befinner vi oss nere i den djupaste tunneln. Den är så bred att det går att köra med bil tvärs igenom. De översta rören är fjärrkylan, för de är lite grövre, medan de under leder fjärrvärmen från Fortum.

När man blickar upp längs spiraltrappan är det inte utan att det känns lite som i en James Bond-film. Vi är många våningar ned och varje våning har högt i tak. Överallt droppar grundvatten, men var inte orolig, det pumpas ut igen. Vårt geologiska sinne väcks av intressanta vita och gula droppstensformationer, sk spaghettistalaktiter, som växt fram ur väggarna här och var. De är ganska vanliga i nybyggda tunnlar, i tunnelbanan till exempel.

Under Pir F

Vi tar oss till pir F, du vet den där nybyggda piren där just ditt flyg alltid kommer in vid yttersta änden. Pir F förbrukar oanade mängder ventilationsluft och det är där fjärrkylan hamnar i slutänden, i ventilationsluften som blåser in längs taket eller upp längs fönstren.

Luftfilter

Vad är det här då? En plåtklädd vägg? Nej, ena väggen av filterrummet till Pir F, ett enormt luftfilter, större än två normalstora lägenheter.

Luften tas in utifrån, mitt bland flygplanen och flygfotogenen…

…och dras in av tre stora fläktar. Härifrån går luften vidare till luftkylaren, respektive värmaren, varom mera nedan. Fast innan den nått fram till fläktarna har den passerat flera olika filter.

Luften kommer först in genom ett schakt på 2×3 meter och börjar med att dras igenom en väldig mängd grovfilter, som ser ut ungefär som fläktfiler i datorer. Du ser schaktet komma ned upptill. I det här rummet råder väl inte direkt storm, men åtminstone frisk bris. Filtren fångar upp grövre partiklar, damm, sot, fåglar, resväskor etc.

På baksidan ser grovfiltren ut som stora luftpåsar (airbags, hehe). Ytan ska helt enkelt vara så stor som möjligt för att man inte ska få onödigt tryckfall.

Vänder man sig om ser man kolfiltren, stora platta påsar med aktivt kol som ligger i sicksack bakom de smala öppningarna och fångar upp bränslerester med mera.

Ventilationsluften till Arlanda är bättre filtrerad än luften i en typisk lägenhet. På andra sidan kolfiltren sitter de tre stora fläktar jag nämnde inledningsvis.

Luften tas till luftkylare-värmare, den stora rektangulära plåtburken rakt fram, av vilka det finns flera stycken.

På andra sidan sagda plåtburk finns det två intag. Det ena är intaget för kylvatten som slutar i en kylbaffel inne i luftströmmen för kylning av luften under heta sommardagar.

Det andra intaget förses med varmvatten från Fortum som värmer luften kalla vinterdagar.

Kallvatten in

Fjärrkylsystemet kommer alltså in till Pir F och värmeväxlas över i en sekundärkrets i två värmeväxlare, som denna. Härifrån går sekundärvattnet till luftkylaren ovan.

KP001 är inkommande primärt kylvatten, som bara vänder i värmeväxlarna, 9,8 grader in, 16,1 grader ut. Sekundärkretsen går vidare till luftkylaren/värmaren.

Varmvatten in

Uppvärmningen sker med varmvatten från Fortum och den kommer in i värmerummet genom rören som kommer upp ur golvet längst borta till höger. Bilden visar också olika värmeväxlare som åstadkommer tappvatten till toaletter och restauranger och varmvatten till radiatorer.

Varmvattnet cirkuleras med cirkulationspumpar som denna.

Det finns en intressant utveckling i en mellanslinga, där man trycker ut varmvatten för att värma marken där flygplanen står, men samtidigt kan man på sommaren hämta markvärme där genom att istället koppla in fjärrkylsystemets varma del genom de svarta rören. Jaja, det finns en backventil på det blanka röret, emellan de svarta rören, men den syns inte.

Slutstationen

I slutänden resulterar allt detta arbete i ingenting alls. Inget som syns iallafall.

I Pir F kommer mycket av varm- och kalluften ut i dolda radiatorer och kylbafflar och blåser upp längs fönstren för att hålla kondensationen borta.

Den mesta ventilationsluften blåses in genom runda munstycken längs takkanten, av vilka det säkert finns ett tusental i piren. Allt är ljudlöst. Inget syns. Systemet bara arbetar i det fördolda för vår trivsel.

Markvärme

Uppställningsplatsen för flygplanen vid Pir F avisas med varmvatten. Markvärmen utgör ett specialfall. Den är fjärrkylsystemets enda källa till inkommande värme.

Varmvatten från Fortum kommer in till markvärmen i system VP001 värmeväxlas och går ut till markvärme i krets VS300 (och fortsätter i nästa bild). På sommaren tar man markvärme ur samma krets och pumpar till akvifären genom krets KP001 (överst). Se ”intressant utveckling i en mellanslinga” ovan.

VS 300 från förra bilden kommer till slutvärmeväxlaren VS301-VVX1 (visas nedan) och tertiärvattnet pumpas runt av cirkulationspumparna (4 x CP01 och CP02) och ut i markslingorna VS302 till VS304. Det här fungerar lika bra ”framlänges” som ”baklänges”. Notera att bilden inte är riktigt klar. Det finns tre ”kortslutningar” som givetvis är felritade.

Värmen kommer in i denna värmeväxlare från en mellankrets. Tertiärvattnet är glykolblandat och körs genom slingor under betongen där flygplanen står. Värme som samlas upp på sommaren åker åt andra hållet och ned i akvifären.

Inte utan belöning

Arlanda Energi bildades i avsikt att försöka göra Arlanda så ”grönt” som möjligt. Det har lyckats över förväntan och också fått ganska mycket uppmärksamhet i media. Man kör hårt med senaste teknologi. Överallt i alla nybyggda maskinrum och korridorer sitter det lysdiodslampor. Och skulle den nuvarande akvifären ”ta slut” finns det en till, ännu större, under Bana 3.

En jury sammansatt av flera intressenter tilldelade Arlanda Energi Stora Energipriset 2009 för, som det står ”Genom fokuseringen på energi har LFV genom Arlanda Energi skapat incitament och drivkraft för ett framgångsrikt arbete med att minska flygplatsens energianvändning och miljöbelastning”.

Läs mer

Arlanda: https://www.swedavia.se/arlanda/
Arlandas miljöarbete: https://www.swedavia.se/arlanda/press/arlandas-miljoarbete-en-forebild-i-europa2/
Swedavia: https://www.swedavia.se/arlanda/miljo/#gref
Styrsystemet TAC från Schneider Electric: https://www.schneider-electric.com/en/about-us/company-profile/history/tac.jsp
Artikeln om akvifären: https://www.teknikaliteter.se/2017/12/25/akvifaren-bergvarme-i-gigantformat/

Snabbdata om fjärrkylsystemet

Akvifären

Volym: 1.800.000 m³ vatten
Energiinnehåll: 10 GWh
Max flöde: 200 l/s
Max uttagen effekt: 8 MW

Kylsystemet

Kylmaskiner: 3 st om 3 MW stycket
Rörlängd primärvatten: 7 km
Rörsystemets rymd: 850 m³ avjoniserat vatten

Fjärrvärme

Fjärrvärme utöver akvifärstillskottet: 45000 MWh/år

Akvifärsystemet

Värmeväxlare: 2 st om 4 MW stycket

Frikylsystemet

Värmeväxlare: 1 st

Inbesparad energi per år

El: 3-4 GWh
Fjärrvärme: 10-15 GWh