Elbesparing med pelletkaminer och solvärme i direktelvärmda småhus

The aim of this study was to investigate how electricallyheated houses can be converted to using wood pellet and solarheating. There are a large number of wood pellet stoves on themarket. Many stoves have a water jacket, which gives anopportunity to distribute the heat to domestic hot water and aradiator heating system. Three typical Swedish houses with electric resistanceheating have been studied. Fourteen different system conceptsusing wood pellet stoves and solar heating systems have beenevaluated. The systems and the houses have been simulated indetail using TRNSYS. The houses have been divided in up to 10different zones and heat transfer by air circulation throughdoorways and open doors have been simulated. The pellet stoveswere simulated using a recently developed TRNSYS component,which models the start- and stop phases, emissions and thedynamic behaviour of the stoves. The model also calculates theCO-emissions. Simulations were made with one stove without awater jacket and two stoves with different fractions of thegenerated heat distributed in the water circuit. Simulations show that the electricity savings using a pelletstove are greatly affected by the house plan, the systemchoice, if the internal doors are open or closed and thedesired level of comfort. Installing a stove with awater-jacket connected to a radiator system and a hot waterstorage has the advantage that heat can be transferred todomestic hot water and be distributed to other rooms. Suchsystems lead to greater electricity savings, especially inhouses having a traditional layout. It was found that not allrooms needed radiators and that it was more effective in mostcases t use a stove with a higher fraction of the heatdistributed by the water circuit. The economic investigation shows that installing a woodpellet stove without a water jacket gives the lowest totalenergy- and capital costs in the house with an open plan (fortoday's energy prices and the simulated comfort criteria). Inthe houses with a traditional layout a pellet stove givesslightly higher costs than the reference house having onlyelectrical resistance heating due to the fact that less heatingcan be replaced. The concepts including stoves with a waterjacket all give higher costs than the reference system, but theconcept closest to be economical is a system with a bufferstore, a stove with a high fraction of the heat distributed bythe water circuit, a new water radiator heating system and asolar collector. Losses from stoves can be divided into: flue gas lossesincluding leakage air flow when the stove is not in operation;losses during start and stop phases; and losses due to a highair factor. An increased efficiency of the stoves is importantboth from a private economical point of view, but also from theperspective that there can be a lack of bio fuel in the nearfuture also in Sweden. From this point of view it is alsoimportant to utilize as much solar heat as possible. Theutilization of solar heat is low in the simulated systems,depending on the lack of space for a large buffer store. The simulations have shown that the annual efficiency ismuch lower that the nominal efficiency at full power. Thesimulations have also shown that changing the control principlefor the stove can improve efficiency and reduce theCO-emissions. Today's most common control principle for stovesis the on/off control, which results in many starts and stopsand thereby high CO-emissions. A more advanced control varyingthe heating rate from maximum to minimum to keep a constantroom temperature reduces the number of starts and stops andthereby the emissions. Also the efficiency can be higher withsuch a control, and the room temperature will be kept at a moreconstant temperature providing a higher comfort.

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.

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.

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.

Solvärme och svenska vanor

Hur bör värmesystem utformas för att passa svenska vanor? Människors inställning till solfångare och pelletskaminer speglar faktiskt hur vi förhåller oss till temperatur. Aktuell socialantropologisk forskning kan här bidra med fruktbara perspektiv.

Klimatsmart villavärme? : Solvärme, nya byggregler och möjligheten att förändra

Är vi på väg mot klimatsmartare, resurssnålare och flexiblare uppvärmning av nybyggda småhus? Denna fråga ställer sig fem forskare vid Centrum för solenergiforskning SERC. En socialantropolog, en statsvetare och tre energiteknikforskare beskriver här tillsammans dagsläget, samt pekar på möjligheter och svårigheter med att åstadkomma en förändring i denna riktning. Den senaste revideringen av Boverkets byggregler uppmärksammas särskilt, liksom möjligheten att utnyttja solfångare och ackumulatortank för att reducera mängden inköpt primärenergi samtidigt som man bevarar de boendes valfrihet.

Heat losses and thermal performance of commercial combined solar and pellet heating systems

Various pellet heating systems are marketed in Sweden, some of them in combination with a solar heating system. Several types of pellet heating units are available and can be used for a combined system. This article compares four typical combined solar and pellet heating systems: System 1 and 2 two with a pellet stove, system 3 with a store integrated pellet burner and system 4 with a pellet boiler. The lower efficiency of pellet heaters compared to oil or gas heaters increases the primary energy demand. Consequently heat losses of the various systems have been studied. The systems have been modeled in TRNSYS and simulated with parameters identified from measurements. For almost all systems the flue gas losses are the main heat losses except for system 3 where store heat losses prevail. Relevant are also the heat losses of the burner and the boiler to the ambient. Significant leakage losses are noticed for system 3 and 4. For buildings with an open internal design system 1 is the most efficient solution. Other buildings should preferably apply system 3. The right choice of the system depends also on whether the heater is placed inside or outside of the heated are. A large potential for system optimization exist for all studied systems, which when applied could alter the relative merits of the different system types.