Equal Couples in Equal Houses : Cultural perspectives on Swedish solar and bio-pellet heating design

Knowing how to design a heating system that will work mechanically is quite different from knowling how to design a system that users perceive as responsive to their domestic practices and values. In this chapter, social anthropologist Henning argues that the challenge for designers involved in the development or marketing of green buildings with heating systems that are based on renewable sources of energy is to see things from the perspective of those who are supposed to live in these buildings. The chapter focuses on three culture-specific aspects of Swedish households and single-family houses: perceptions of house and home, of private and public space, and of male and female space. Through these three angles, some clues are given as to how design, performance and location of solar and bio-pellet heating systems could be made to resonate with predominant experiences, habits and ways of thinking among both men and women.

In Bio-Fuel We Trust

In bio-fuel we trust. Or do we? In this chapter, ethnographic material from Sweden is used to discuss ways sin which trust may influence the choice of bio-fuel for heating purposes. The meaning and substance of trust or distrust, as well as the very conditions for trust, are elaborated on in relation to solar and bio-pellet systems, district heating with bio-fuel, and traditional fireplaces. An important conclusion of this chapter is that the degree to which people perceive others as being like themselves or not tends to be decisive for whether these others are to be trusted, and therefore worth listening to. The context and situation in which a certain heating system is being chosen does not only involve trust in individuals, however, but in companies and the authorities, as well as in the arterfacts themselves. An example is given on how distrust of district heating companies led house owners to reject an offer of district heating despite the comfort and environmental benefit this could have provided. it is shown how this distrust might be resolved by making the rhythm of households and sitrict heating companies more in step with one another. The strong emotional attachment to and deep-felt trust in the traditional fireplace is also analysed, and a question is put forward as to whether these feelings could be transferred to modern bio-pellet stoves. Finally, our great and assured trust in bio-fuel as a main solution to global climate change is shortly commented upon and partly questioned.

TCA Evaluation : Lab Measurements, Modelling and System Simulations

The study reported here is part of a large project for evaluation of the Thermo-Chemical Accumulator (TCA), a technology under development by the Swedish company ClimateWell AB. The studies concentrate on the use of the technology for comfort cooling. This report concentrates on measurements in the laboratory, modelling and system simulation. The TCA is a three-phase absorption heat pump that stores energy in the form of crystallised salt, in this case Lithium Chloride (LiCl) with water being the other substance. The process requires vacuum conditions as with standard absorption chillers using LiBr/water. Measurements were carried out in the laboratories at the Solar Energy Research Center SERC, at Högskolan Dalarna as well as at ClimateWell AB. The measurements at SERC were performed on a prototype version 7:1 and showed that this prototype had several problems resulting in poor and unreliable performance. The main results were that: there was significant corrosion leading to non-condensable gases that in turn caused very poor performance; unwanted crystallisation caused blockages as well as inconsistent behaviour; poor wetting of the heat exchangers resulted in relatively high temperature drops there. A measured thermal COP for cooling of 0.46 was found, which is significantly lower than the theoretical value. These findings resulted in a thorough redesign for the new prototype, called ClimateWell 10 (CW10), which was tested briefly by the authors at ClimateWell. The data collected here was not large, but enough to show that the machine worked consistently with no noticeable vacuum problems. It was also sufficient for identifying the main parameters in a simulation model developed for the TRNSYS simulation environment, but not enough to verify the model properly. This model was shown to be able to simulate the dynamic as well as static performance of the CW10, and was then used in a series of system simulations. A single system model was developed as the basis of the system simulations, consisting of a CW10 machine, 30 m2 flat plate solar collectors with backup boiler and an office with a design cooling load in Stockholm of 50 W/m2, resulting in a 7.5 kW design load for the 150 m2 floor area. Two base cases were defined based on this: one for Stockholm using a dry cooler with design cooling rate of 30 kW; one for Madrid with a cooling tower with design cooling rate of 34 kW. A number of parametric studies were performed based on these two base cases. These showed that the temperature lift is a limiting factor for cooling for higher ambient temperatures and for charging with fixed temperature source such as district heating. The simulated evacuated tube collector performs only marginally better than a good flat plate collector if considering the gross area, the margin being greater for larger solar fractions. For 30 m2 collector a solar faction of 49% and 67% were achieved for the Stockholm and Madrid base cases respectively. The average annual efficiency of the collector in Stockholm (12%) was much lower than that in Madrid (19%). The thermal COP was simulated to be approximately 0.70, but has not been possible to verify with measured data. The annual electrical COP was shown to be very dependent on the cooling load as a large proportion of electrical use is for components that are permanently on. For the cooling loads studied, the annual electrical COP ranged from 2.2 for a 2000 kWh cooling load to 18.0 for a 21000 kWh cooling load. There is however a potential to reduce the electricity consumption in the machine, which would improve these figures significantly. It was shown that a cooling tower is necessary for the Madrid climate, whereas a dry cooler is sufficient for Stockholm although a cooling tower does improve performance. The simulation study was very shallow and has shown a number of areas that are important to study in more depth. One such area is advanced control strategy, which is necessary to mitigate the weakness of the technology (low temperature lift for cooling) and to optimally use its strength (storage).

Kombinerade bio- och solvärmesystem : Handbok för systemutformning

Syftet med denna skrift är att sammanställa den kunskap som finns beträffande kombinerade pellet- och solvärmesystem för att på så sätt stödja företagen i deras systemutveckling. Denna skrift behandlar erfarenheter som gjorts inom forskning på sol och pellet och omsätter dessa i praktiska råd för systemutformning. Förslag ges på systemutformning, olika tekniska lösningar samt hur systemen bör styras.När solvärme och pellet skall kombineras finns det många möjligheter att koppla ihop systemen. Det finns olika traditioner i olika länder, vilket gör att systemlösningarna varierar från land till land. En generell slutsats är dock att konventionella svenska pannor med inbyggd varmvattenberedning inte är lämpliga i konventionella solvärmesystem. Det ger komplicerade systemlösningar och det är svårt att åstadkomma bra skiktning i tanken.I ett solvärmesystem är det viktigt att tanken kan laddas ur på ett sådant sätt att kraftig skiktning erhålls. Det betyder att tankens botten skall kylas ner till temperaturen på ingående kallvatten och att tankens mellersta del skall kylas till samma temperatur som radiatorreturen. Om solfångaren även vintertid kan arbeta med att förvärma kallvatten av 10 till 20ºC fås en betydligt bättre verkningsgrad på solfångaren än om radiator returen skall förvärmas, som i bästa fall ligger på en temperaturnivå på mellan 30 och 40ºC. Av denna anledning skall radiator returen placeras en bra bit upp från botten i ackumulatortanken och tappvattnet skall förvärmas i en slinga som börjar i tankens botten. Om det finns ett VVC-system måste systemet anslutas på ett speciellt sätt så att inte tankens skiktning störs.En annan viktig parameter i tankens utformning är att värmeförlusterna hålls låga, detta är viktigt för att klara tappvattenlasten mulna perioder och för att hålla energianvändningen låg. I moderna hus där tanken placeras i boutrymmet blir det också en komfortfråga för att undvika över-temperaturer i rummet där tanken placeras. För att få en bra isolering måste man se till att det finns ett lufttätt skikt över hela isoleringen som dessutom sluter tätt mot röranslutningar. Ofrivillig själv-cirkulation i anslutande kretsar som kan kyla av och blanda om ackumulatortanken skall förhindras med backventiler.Vid design av solfångarkretsen måste överhettning och stagnation kunna klaras utan glykolnedbrytning eller andra skador. Partiell förångning innebär att man låter solfångaren koka på ett kontrollerat sätt så att endast ånga blir kvar i solfångaren. Vätska samlas i ett större expansionskärl och systemet återfylls när vätskan kondenserar. Dränerande system med enbart vatten är också en möjlighet, men kräver större noggrannhet vid installationen så att sönderfrysning undviks.Pelletkaminer (luftburna) ger god komfort och lågt elbehov i direktelvärmda hus med öppen planlösning, dvs. om värmen från kaminen kan spridas till alla rum utan att behöva passera genom mer än en dörröppning. Även i lågenergihus kan den luftburna kaminen vara lämplig. I hus med mer sluten planlösning krävs en vattenmantlad kamin med hög andel värme till vattenkretsen och ett vattenburet värmesystem. Det är viktigt att sådana system utformas korrekt för att komforten skall bli hög och elanvändningen låg. Brukarens aspekter och komfortkrav måste beaktas vid användning av kaminer, eftersom det krävs en temperaturskillnad mellan olika rum för att få värmespridning från det rum där kaminen är placerad.

Underlag för utökad besiktning av bio- och solvärmesystem : Formulär med analyshjälp

Det är svårt att på ett genomarbetat sätt, kontrollera en solvärmeanläggning som är i drift och det blir svårare när solvärmesystemet skall samverka med en biobränsleanläggning, som har sina speciella egenheter. Det enklaste och, som det kan tyckas, bästa sättet att kontrollera om en solvärmeanläggning fungerar, är att beräkna utifrån en värmemängdsmätare, som förhoppningsvis finns i anläggningen, hur mycket energi per m2 aktiv area som solfångaren har producerat per år. Om produktionen ligger mellan 300 – 350 kWh/m2 så är det bra. Det är dock så att en solvärmeanläggning borde kunna producera betydligt mer värme om den bara ges lite bättre förutsättning eller att den faktiskt kan ge mindre, men ändå uppfylla de krav som ställdes. Det behöver inte nödvändigtvis vara antalet producerade solfångar-kWh värme som är högt utan det viktigaste kanske är att antalet inbesparade kWh biobränsle är många. För att kunna få ett grepp om hur en solvärmeanläggning fungerar i sitt sammanhang så bör det totala systemet redovisas framför allt med avseende på: -Värmedistributionssystemets uppbyggnad. Var och när finns kallt vatten som ska värmas samt hur mycket.-Energi- och effektnivåer för olika delar av systemet och fram för allt under sommaren-Vilka pannor och bränslen som används, framför allt med betoning på reglerbarhetSolvärmekretsen, som inte är speciellt annorlunda utformad än i andra lite större solvärmeanläggningar ges i den här rapporten relativt stort utrymme, eftersom den samlade kompetensen bland de som gör besiktningar och kontroller inte är så hög. De delar som berörs mest är:-Trycket i solvärmeanläggningen med avseende på expansionskärlets förtryck, systemets uppfyllnadstryck och driftsfunktioner-Flödet i anläggningen som inriktar sig på luftmedryckning, flödesfördelning och vanliga flödeshastigheter-Solfångarnas energi- och värmeeffektproduktionHuvuddelen av underlagsmaterialet bör ha samlats in före besöket, genom att försöka få tag på:-Förstudier för solvärme- och pannanläggning-Förfrågningsunderlag för i första hand solvärmeanläggningen-Driftstatistik-Data på hur det totala systemet ser ut.Dessa data bör bearbetas innan besöket på plats vilket skall inkludera en genomgång av driftsansvarig vilket kompletteras med en guidad tur genom anläggningen. Besöket bör också vara förberett hos driftsansvariga så att stegar för att komma åt solfångarna finns framtagna och de säkerhetsselar som skall finnas vid okulär inspektion finns tillgängliga. Efter avslutad på platsen kontroll ska en besiktningsrapport skrivas. Mycket underlagsberäkningar ska skickas med som bilaga samt en lista med punkter som syftar till att få en effektivare sol- och biobränsleanläggning.

Combined solar and pellet heating systems for single-family houses : How to achieve decreased electricity usage, increased system efficiency and increased solar gains

In Sweden, there are about 0.5 million single-family houses that are heated by electricity alone, and rising electricity costs force the conversion to other heating sources such as heat pumps and wood pellet heating systems. Pellet heating systems for single-family houses are currently a strongly growing market. Future lack of wood fuels is possible even in Sweden, and combining wood pellet heating with solar heating will help to save the bio-fuel resources. The objectives of this thesis are to investigate how the electrically heated single-family houses can be converted to pellet and solar heating systems, and how the annual efficiency and solar gains can be increased in such systems. The possible reduction of CO-emissions by combining pellet heating with solar heating has also been investigated. Systems with pellet stoves (both with and without a water jacket), pellet boilers and solar heating have been simulated. Different system concepts have been compared in order to investigate the most promising solutions. Modifications in system design and control strategies have been carried out in order to increase the system efficiency and the solar gains. Possibilities for increasing the solar gains have been limited to investigation of DHW-units for hot water production and the use of hot water for heating of dishwashers and washing machines via a heat exchanger instead of electricity (heat-fed appliances). Computer models of pellet stoves, boilers, DHW-units and heat-fed appliances have been developed and the parameters for the models have been identified from measurements on real components. The conformity between the models and the measurements has been checked. The systems with wood pellet stoves have been simulated in three different multi-zone buildings, simulated in detail with heat distribution through door openings between the zones. For the other simulations, either a single-zone house model or a load file has been used. Simulations were carried out for Stockholm, Sweden, but for the simulations with heat-fed machines also for Miami, USA. The foremost result of this thesis is the increased understanding of the dynamic operation of combined pellet and solar heating systems for single-family houses. The results show that electricity savings and annual system efficiency is strongly affected by the system design and the control strategy. Large reductions in pellet consumption are possible by combining pellet boilers with solar heating (a reduction larger than the solar gains if the system is properly designed). In addition, large reductions in carbon monoxide emissions are possible. To achieve these reductions it is required that the hot water production and the connection of the radiator circuit is moved to a well insulated, solar heated buffer store so that the boiler can be turned off during the periods when the solar collectors cover the heating demand. The amount of electricity replaced using systems with pellet stoves is very dependant on the house plan, the system design, if internal doors are open or closed and the comfort requirements. Proper system design and control strategies are crucial to obtain high electricity savings and high comfort with pellet stove systems. The investigated technologies for increasing the solar gains (DHW-units and heat-fed appliances) significantly increase the solar gains, but for the heat-fed appliances the market introduction is difficult due to the limited financial savings and the need for a new heat distribution system. The applications closest to market introduction could be for communal laundries and for use in sunny climates where the dominating part of the heat can be covered by solar heating. The DHW-unit is economical but competes with the internal finned-tube heat exchanger which is the totally dominating technology for hot water preparation in solar combisystems for single-family houses.

Characterization of residential chimney conditions for flue gas flow measurements

A literature survey and a theoretical study were performed to characterize residential chimney conditions for flue gas flow measurements. The focus is on Pitot-static probes to give sufficient basis for the development and calibration of a velocity pressure averaging probe suitable for the continuous dynamic (i.e. non steady state) measurement of the low flow velocities present in residential chimneys. The flow conditions do not meet the requirements set in ISO 10780 and ISO 3966 for Pitot-static probe measurements, and the methods and their uncertainties are not valid. The flow velocities in residential chimneys from a heating boiler under normal operating condi-tions are shown to be so low that they in some conditions result in voiding the assumptions of non-viscous fluid justifying the use of the quadratic Bernoulli equation. A non-linear Reynolds number dependent calibration coefficient that is correcting for the viscous effects is needed to avoid significant measurement errors. The wide range of flow velocity during normal boiler operation also results in the flow type changing from laminar, across the laminar to turbulent transition region, to fully turbulent flow, resulting in significant changes of the velocity profile during dynamic measurements. In addition, the short duct lengths (and changes of flow direction and duct shape) used in practice are shown to result in that the measurements are done in the hydrodynamic entrance region where the flow velocity profiles most likely are neither symmetrical nor fully developed. A measurement method insensitive to velocity profile changes is thus needed, if the flow velocity profile cannot otherwise be determined or predicted with reasonable accuracy for the whole measurement range. Because of particulate matter and condensing fluids in the flue gas it is beneficial if the probe can be constructed so that it can easily be taken out for cleaning, and equipped with a locking mechanism to always ensure the same alignment in the duct without affecting the calibration. The literature implies that there may be a significant time lag in the measurements of low flow rates due to viscous effects in the internal impact pressure passages of Pitot probes, and the significance in the discussed application should be studied experimentally. The measured differential pressures from Pitot-static probes in residential chimney flows are so low that the calibration and given uncertainties of commercially available pressure transducers are not adequate. The pressure transducers should be calibrated specifically for the application, preferably in combination with the probe, and the significance of all different error sources should be investigated carefully. Care should be taken also with the temperature measurement, e.g. with averaging of several sensors, as significant temperature gradients may be present in flue gas ducts.

För Sverige i framtiden : Bio-objektifiering av ny medicinsk teknologi

Taking Sweden into the future – Bio-objectification of new medical technology In this article, we analyze how contemporary discursive silences around new biotechnologies such as cybrids and induced pluripotent stem cells (iPSC), have been enabled by earlier policy processes in the area, e.g. boundary work around what is human and non-human, living and non-living, subject and object. The analysis of policy processes around xenotransplantations and the use of human embryonic stem cells, shows that the stem cells’ and xenografts’ “bio-identities” become stabilized through high expectations for the future, a lack of therapeutic possibilities and struggles over definitions of life. The policy processes around human embryonic stem cells and organs from other animals, are characterized by a normalization of certain understandings of ”life”, trust in scientific progress and it’s national financial potentials and a categorization of criticism as irrational. Through these “bio-objectification processes”, debate and decision making has been moved from a political and public context into ethical committees and research funding bodies. The article concludes by discussing consequences of this political non-handling of biomedical technologies and how these bioobjects could be re-politicized.

Marknadspotential för bio- och solvärmesystem

I denna rapport analyseras marknaden för kombinerade sol- och pelletsystem, medfokus på småhus. Syftet är att presentera antalet objekt inom olika kategorier av husoch värmesystem som kan vara intressanta för konvertering till bio-sol system samtatt ge en uppskattning av årliga uppvärmningsbehov inom respektive kategori. Energistatistik från Statistiska centralbyrån (SCB) har använts i kombination medtidigare studier av byggnadsbestånd och byggnadsutformning. Dessutom harinformation inhämtats från olika branschorganisationer. Från föreliggande genomgång står det klart att den största potentialen för bio-solsystem finns på villamarknaden både för helt nya system och för kompletteringar tillbefintliga system. År 2006 fanns det 775 000 småhus med vattenburen värme varav ca183 000 hade vattenburen el. Uppskattningsvis fanns 109 000 småhus med bådevattenburen el och lokaleldstad för biobränsle och ca 118 000 hus bedöms ha haftmöjlighet till oljeeldning (denna grupp har troligtvis minskat ytterligare efter 2006).Bland de elvärmda husen finns också ca 102 000 småhus med frånluftvärmepumpareller luft/vattenvärmepumpar. 365 000 av husen hade en biobränslepanna. Därtillkommer 504 000 hus med direktelvärme, varav ca 292 000 med lokaleldstad. Medelförbrukningen för uppvärmning och varmvatten för hus som enbart värms medolja är ca 27 MWh/år, medan motsvarande värde för småhus med vattenburen el är ca15 MWh/år. Småhusen med direktel använder ca 12 MWh/år för uppvärmning ochvarmvatten. Det betyder att ekonomin blir betydligt sämre vid konvertering avelvärmda hus jämfört med oljekonvertering, eftersom energibehovet är lägre samt attinstallationskostnaden kan vara högre. En uppskattning av antalet komponenter som inom 10 år kan komma att installeras idessa hus är 213 000 solfångare, 108 000 ackumulatortankar, 106 000 skorstenar,84 000 luftburna pelletkaminer och varmvattenberedare, 40 000 vattenmantladekaminer och 28 000 pannrumspannor. Dessutom tillkommer en utbytesmarknad,kanske speciellt bland husen med biobränslepanna, där gamla pannor byts ut elleräldre människor som tidigare orkat elda med ved till slut byter till pelleteldning. Av nybyggda villor uppvärms ca 30 % med el i kombination med biobränsle(troligtvis lokaleldstad) och ungefär lika stor andel värms med enbart vattenburen el(antagligen ofta kompletterat med frånluftvärmepump). Det borde vara av intresse attredan vid nybyggnationen få in integrerade solfångare och pelleteldning i störreutsträckning i nya hus och det kan bli lättare efter att byggreglerna ändras den 1:ajanuari 2010 med en skärpning av kraven för nybyggda hus som använder el föruppvärmning, alltså även el till värmepumpar. Potentialen för bio-solsystem till flerbostadshus och lokaler är begränsad då 86 % avflerbostadshusen och nära 70 % av lokalerna värms med fjärrvärme. Det fanns år2006 ca 6200 lokaler med oljeeldning, 4600 lokaler med vattenburen elvärme och5700 lokaler med direktverkande elvärme. I lokalerna som redovisas av SCB ingårinte tillverkande industri. För lägenheter i flerbostadshus gäller att ca 42 000lägenheter värms med enbart olja, 44 000 lägenheter med olja och värmepump,48 000 lägenheter använder direktel och 31 000 lägenheter vattenburen el.