Användarnas utvärdering

Det vanliga är att värmesystems tekniska förmåga utvärderas i en verkstad eller ett laboratorium. I ett just avslutat forskningsprojekt har några forskare på Centrum för solenergiforskning (SERC), på uppdrag av Energimyndigheten, istället låtit ett antal användare berätta sin egen historia om hur det gick till när de bestämde sig för ett nytt värmesystem och hur de upplevde tiden runt och närmast efter installationen. Se www.serc.se/publikationer/skriftserien Flexibla värmesystem.

Slutrapport för EU-projekt SolNET P22416-1

SolNET var den första europeiska forskarskolan för termisk solvenergi med 10 doktorander, där sju gemensamma doktorandkurser utvecklades och genomfördes under projektets gång. Projektet stöddes av EU-programmet Marie-Curie från juni 2006 till maj 2010.Centrum för solenergiforskning SERC vid Högskolan Dalarna deltog med en doktorand, Janne Paavilainen. SERC genomförde den första av doktorandkurserna, om dynamisk systemsimulering. 30 studenter deltog från 16 länder varav 22 var doktorander och tre var från industri.Under 2007 genomförde Paavilainen en teknoekonomisk utvärdering av mellanstora pellet- och solvärmesystem för närvärme som presenterades vid konferensen Eurosun 2008. Resultaten visar under vilka förutsättningar som solvärme kan vara ekonomisk lönsamt i närvärmesystem i Sverige och Finland. Paavilainen har varit medförfattare till en tidsskriftsartikel om SERCs simuleringsmodell för pelletspannor och –kaminer samt varit medförfattare till två tidsskriftsartiklar tillsammans med SPF (Schweiz) och TU Graz (Österrike) om en ny pannmodell för gas, olja och pellets. Dessa två validerade modeller i programmet TRNSYS används nu rutinmässigt i Sverige av SP och SERC och i Europa av ett flertal forskargrupper. Den nya pannmodellen som utvecklades med SPF och TU Graz har också införlivats i programmet Polysun som används av flera hundra användare runt hela världen, inkl. SERCs magisterstudenter.

Småhusens framtida utformning : Hur påverkar Boverkets nya byggregler?

Från den första januari 2010 gäller nya byggregler för energianvändning och effektbehov i nya byggnader. Det innebär en skärpning för alla byggnader som använder el för uppvärmning. För att begränsa effektbehovet för elvärmda hus införs krav på maximal installerad eleffekt. Det blir krav på lägre mängd köpt energi i hus som klassas som eluppvärmda än i hus som har annat uppvärmningssätt. Denna rapport undersöker hur byggandet kan komma att påverkas av de nya byggreglerna och vilka system som kan komma att bli dominerande i småhusen framöver. En villa med olika isolerstandard simulerades på fyra olika orter från Malmö i söder till Kiruna i norr och energianvändningen för de olika uppvärmningssystemen beräknades sedan schablonmässigt med hjälp av tillverkarnas data. Två olika isolerstandarder och ett passivhus simulerades med respektive utan från och tilluft med värmeåtervinning.   Resultaten visar att traditionella frånluftvärmepumpar inte klarar kraven, både för energi och för effekt, förutom möjligen i sydligaste Sverige i ett välisolerat hus. En kondenserande frånluftvärmepump som kyler frånluften kraftigare och utvinner kondensationsvärme klarar kraven om den uppfyller vad tillverkaren lovar. En frånluft/jordvärmepump klarar också kraven, men ligger nära gränsen i Mellansverige. De uppvärmningsalternativ som klarar de nya energikraven med god marginal i alla klimatzoner är kondenserande frånluftvärmepump, bergvärmepump, fjärrvärme (FTX krävs i norra Sverige), pelletkamin med FTX samt passivhuset. De el-baserade uppvärmningsalternativ som ger lägst elanvändning är bergvärmepump och passivhus. Dessa ligger på alla orter långt under kravgränserna från BBR. Uppvärmning med enbart pellets eller fjärrvärme klarar inte energikraven med tillräcklig marginal, förutom i Malmö. Det krävs kompletterande åtgärder, som kan vara värmeåtervinning med FTX, frånluftvärmepump solvärme eller tilläggsisolering.   Pelletvärmesystemen får lite svårare att klara energikraven, genom att pelletkaminens verkningsgrad ligger innanför systemgränsen. Det blir alltså i praktiken krav på FTX med ved, pellets och även med fjärrvärme i norra Sverige. En ekonomisk utvärdering har genomförts baserad på första årets energi-, kapital- och underhållskostnader. Kapitalkostnader delas upp på komponentens förväntade livslängd med annuitetsmetoden. Framtida underhållskostnader diskonteras ett nuvärde och delas upp med annuitetsmetoden. Dagens energipriser och en kalkylränta på 4,5 % används som utgångspunkt, men varieras för olika scenarier.   Fjärrvärme tycks ge bland de lägsta kostnaderna av de studerade alternativen. I alla fall i de kommuner som ligger under medelpriset för svensk fjärrvärme. Vedeldning har inte studerats här, men ger säkerligen lägst totalkostnader om man accepterar den tid som krävs för att hantera ved och elda. Det studerade passivhuset hör också till de alternativ som har bland de lägsta kostnaderna då investering och energianvändning vägs samman. Men räntenivån har en stor inverkan på systemens totalkostnad. Låg ränta har en utjämnande effekt på totalkostnaden. Vid högre ränta ökar kostnaden mest för system med lång livslängd (avskrivningstid), vilket gör passivhusen dyrare. Pelleteldning i nybyggda hus kommer nog att utgöra en mindre del av installationerna, då det krävs FTX och investeringskostnaden blir ganska hög. Om lösningar med frånluftvärmepump och luftburen pelletkamin mot förmodan skulle komma att uppfylla kraven för ett icke elvärmt hus kan det bli ett uppsving för sådana lösningar

Energy Efficiency through Thermal Energy Storage : Possibilities for the Swedish Building Stock

The need for heating and cooling in buildings constitutes a considerable part of the total energy use in a country and reducing this need is of outmost importance in order to reach national and international goals for reducing energy use and emissions. One important way of reaching these goals is to increase the proportion of renewable energy used for heating and cooling of buildings. Perhaps the largest obstacle with this is the often occurring mismatch between the availability of renewable energy and the need for heating or cooling, hindering this energy to be used directly. This is one of the problems that can be solved by using thermal energy storage (TES) in order to save the heat or cold from when it is available to when it is needed. This thesis is focusing on the combination of TES techniques and buildings to achieve increased energy efficiency for heating and cooling. Various techniques used for TES as well as the combination of TES in buildings have been investigated and summarized through an extensive literature review. A survey of the Swedish building stock was also performed in order to define building types common in Sweden. Within the scope of this thesis, the survey resulted in the selection of three building types, two single family houses and one office building, out of which the two residential buildings were used in a simulation case study of passive TES with increased thermal mass (both sensible and latent). The second case study presented in the thesis is an evaluation of an existing seasonal borehole storage of solar heat for a residential community. In this case, real measurement data was used in the evaluation and in comparisons with earlier evaluations. The literature reviews showed that using TES opens up potential for reduced energy demand and reduced peak heating and cooling loads as well as possibilities for an increased share of renewable energy to cover the energy demand. By using passive storage through increased thermal mass of a building it is also possible to reduce variations in the indoor temperature and especially reduce excess temperatures during warm periods, which could result in avoiding active cooling in a building that would otherwise need it. The analysis of the combination of TES and building types confirmed that TES has a significant potential for increased energy efficiency in buildings but also highlighted the fact that there is still much research required before some of the technologies can become commercially available. In the simulation case study it was concluded that only a small reduction in heating demand is possible with increased thermal mass, but that the time with indoor temperatures above 24 °C can be reduced by up to 20%. The case study of the borehole storage system showed that although the storage system worked as planned, heat losses in the rest of the system as well as some problems with the system operation resulted in a lower solar fraction than projected. The work presented within this thesis has shown that TES is already used successfully for many building applications (e.g. domestic hot water stores and water tanks for storing solar heat) but that there still is much potential in further use of TES. There are, however, barriers such as a need for more research for some storage technologies as well as storage materials, especially phase change material storage and thermochemical storage.

Evaluation of a high temperature solar thermal seasonal borehole storage

A solar thermal system with seasonal borehole storage for heating of a residential area in Anneberg, Sweden, approximately 10 km north of Stockholm, has been in operation since late 2002. Originally, the project was part of the EU THERMIE project “Large-scale Solar Heating Systems for Housing Developments” (REB/0061/97) and was the first solar heating plant in Europe with borehole storage in rock not utilizing a heat pump. Earlier evaluations of the system show lower performance than the preliminary simulation study, with residents complaining of a high use of electricity for domestic hot water (DHW) preparation and auxiliary heating. One explanation mentioned in the earlier evaluations is that the borehole storage had not yet reached “steady state” temperatures at the time of evaluation. Many years have passed since then and this paper presents results from a new evaluation. The main aim of this work is to evaluate the current performance of the system based on several key figures, as well as on system function based on available measurement data. The analysis show that though the borehole storage now has reached a quasi-steady state and operates as intended, the auxiliary electricity consumption is much higher than the original design values largely due to high losses in the distribution network, higher heat loads as well as lower solar gains.

Handbok för kombinerade sol- och biovärmesystem : Teknik - System - Ekonomi

Handboken beskriver olika solfångarkonstruktioner och solvärmekretsens ingående komponenter och ger en grundlig inblick i ackumulatortankens konstruktion och funktion. I boken finns förslag på systemutformning, olika tekniska lösningar och hur systemen bör styras och regleras. Handboken beskriver i första hand utformning-lösning-styrning av kombinationen sol- och pelletsvärme, men tar även upp solvärme i kombination med vedpannor, värmedrivna vitvaror och värmepumpar. Värmesystem med vattenburen värme är utmärkta att kombinera med solvärme, men det är i de flesta fall enklare att få till bra lösningar vid nyinstallation, än vid komplettering av befintlig anläggning. När solvärme och pelletsvärme ska kombineras finns det många alternativ till systemutformning. Det är viktigt att vattenburna pelletssystem utformas korrekt och kombineras på rätt sätt med solvärme för att komforten ska bli hög och elanvändningen låg. Vattenmantlade pelletskaminer med ett vattenburet värmesystem är extra intressant i kombination med solvärme. När eldningen upphör i samband med att värmebehovet avtar kan solvärmen ta över. En generell slutsats är att konventionella svenska pelletspannor med inbyggd varmvattenberedning inte är lämpliga i kombination med solvärmesystem. Den typen av bränslepannor ger komplicerade systemlösningar, höga värmeförluster och det är svårt att åstadkomma en tillräckligt bra temperaturskiktning i ackumulatortanken om varmvattenberedning sker i pannan. Solvärme för varmvattenberedning kan vara ett enkelt och bra komplement till pelletskaminer som genererar varmluft. För solvärmesystem är det viktigt att kraftig temperaturskiktning erhålls när värmelagret laddas ur. Det betyder att ackumulatortankens (eller varmvattenberedarens) nedre vattenvolym ska kylas ner till temperaturer som ligger nära ingående kallvattentemperatur. Ackumulatortankens mellersta del bör kylas till samma temperatur som radiatorreturen. Vid design av solfångarkretsen måste överhettning och stagnation kunna klaras utan risk för glykolnedbrytning eller andra skador på värmebärare eller rörkrets (och andra komponenter i kretsen). Partiell förångning minskar risken för att glykolen skadas då solfångaren når höga stagnationstemperaturer. Solfångarens glykolblandning tillåts koka (förångas) på ett kontrollerat sätt så att endast ånga blir kvar i solfångaren. Vätskevolymen i solfångaren samlas upp i ett större expansionskärl och systemet återfylls när vätskan kondenserar. Dränerande solfångarsystem med enbart vatten är ett möjligt alternativ till konventionella solfångare. De kräver en större noggrannhet vid installationen, så att sönderfrysning undviks. Dränerande systemlösningar är relativt ovanliga i Sverige. Om solfångaren under senhöst-vinter-tidig vår kan arbeta med att förvärma kallvatten från 10 till 20 ºC erhålls en betydligt bättre verkningsgrad på solfångaren (och framför allt ökar värmeutbytet då drifttimmarna ökar väsentligt) än om radiatorreturen (som i bästa fall ligger på temperaturnivån 30 - 40 ºC) ska förvärmas. Därför bör radiatorreturen placeras en bra bit upp från botten i ackumulatortanken och tappvarmvattnet ska förvärmas i en slinga som börjar i tankens botten. Om det finns ett VVC-system måste systemet anslutas på ett speciellt sätt så att ackumulatortankens temperaturskiktning inte störs. En viktig parameter vid ackumulatortankens utformning är att värmeförlusterna hålls låga. Det är viktigt för att klara tappvarmvattenlasten med solvärme under mulna perioder sommartid (men också för att hålla energianvändningen låg). I moderna hus, där ackumulatortanken i regel placeras i bostaden, blir det en komfortfråga att undvika övertemperaturer i det rum där värmelagret placeras. En bra standard på isoleringen (med minimerade värmeförluster) kräver att det finns ett lufttätt skikt över hela isoleringen som dessutom sluter tätt mot röranslutningar. Ofrivillig självcirkulation i anslutande kretsar som kan kyla av och blanda om ackumulatortankens vattenvolym, bör förhindras med backventiler och nedböjning av rören i isolerskiktet eller direkt utanför tanken.

Lågtemperaturuppvärmning med tilluftsradiatorer och värmeåtervinning i frånluft : en varsam renovering av flerbostadshus för energieffektivisering

För att nå reella sänkningar av energianvändningen i hela byggnadsbeståndet krävs tillgång till kostnadseffektiva renoveringspaket med energieffektiva systemlösningar där samspel mellan installationssystem och byggnad beaktas. Denna förstudie belyser möjligheter med alternativa renoveringspaket med lågtemperatur-tilluftsradiatorer och värmeåtervinning i frånluften (FX). Systemkombinationer och jämförelser har gjorts med mera etablerade lösningar med traditionella radiatorer, balanserad mekanisk ventilation (FTX) och solvärme. Mindre prövade lösningar såsom frånluftsmoduler (VBX) kopplat till befintliga värmepumpar och behovsstyrd ventilation undersöktes också. Energianvändning och kostnadseffektivitet med de undersökta åtgärdspaketen prövades för två äldre bostadshus med vardera specifika restriktioner: den ena inom fjärrvärmenätet och det andra ett K-märkt hus utanför fjärrvärmenätet. Samtidigt reflekterades det över vilka tekniska lösningar som samtidigt är gynnsammast ur hållbarhetssynpunkt. För flertalet befintliga byggnader behöver såväl metoder som komponenter utvecklas på ett varsamt sätt som uppfyller båda ägarens krav som övergripande mål baserat på systemförutsättning och kostnadseffektivitet. Förstudien visar att:  lågtemperatur-tilluftsradiatorer är en systemkomponent som möjliggör ökad komfort via förvärmning och filtrering av inkommande ventilationsluft, effektivare värmeproduktion och minskning av värmeförluster i distribution av varmvatten. Renovering med installation av FX-system i kombination med lågtemperatur-tilluftradiatorer är ett alternativ till FTX system som begränsar byggåtgärderna i byggnaden och ger lägre livscykelkostnad  Byggnadsskalets täthet blir avgörande för energinyttan båda med FX- och FTX-system. Förstudien visar att FX-system är fördelaktig i byggnader med dålig lufttäthet  I byggnader med befintligt frånluftssystem kan behovsstyrning av ventilationen vara ett enkelt och kostnadseffektivt sätt att sänka ventilationsförlusterna och spara energi som alternativ till att installera återvinningssystem Förstudien visar klart att energieffektiv renovering kan åstadkommas med val av varsamma metoder som också åstadkommer ökad komfort och systemnytta, utanför såväl som inom fjärrvärmenätet. Samtidigt kan ägarens krav på kostandsnytta nås och byggnaders bevarandekrav uppfyllas. Nu krävs det demonstrationsprojekt för att inte minst sprida kunskap i branschen men också applicering på större bostadsområden.