Fjärrvärmecentral och frånluftsvärmepump.pdf - Svensk Fjärrvärme
Fjärrvärmecentral och frånluftsvärmepump.pdf - Svensk Fjärrvärme
Fjärrvärmecentral och frånluftsvärmepump.pdf - Svensk Fjärrvärme
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
fjärrvärmecentral <strong>och</strong><br />
<strong>frånluftsvärmepump</strong> i<br />
kombination<br />
rapport 2012:11
FJÄRRVÄRMECENTRAL OCH<br />
FRÅNLUFTSVÄRMEPUMP I KOMBINATION<br />
ANNA BOSS<br />
ISBN 978-91-7381-092-0<br />
2012 <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong> AB
FÖRORD<br />
I samband med diskussioner kring <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong>s tekniska rapport 2009:3<br />
”Kopplingsprinciper” har det visat sig att det behövs mer underlag <strong>och</strong> kunskap om<br />
kopplingen mellan fjärrvärmecentralen <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong>en som ibland utgör<br />
en del i fjärrvärmesystemet.<br />
Här beskrivs olika tekniska lösningar <strong>och</strong> diskuteras under vilka förutsättningar det<br />
kan vara lämpligt att kombinera fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump sett ur fastighetsägarens<br />
<strong>och</strong> fjärrvärmeleverantörens perspektiv med tanke på ekonomi <strong>och</strong> eventuella<br />
energibesparingar.<br />
Projektet har genomförts av Anna Boss på SP Energiteknik. En referensgrupp, som<br />
har varit knuten till projektet <strong>och</strong> bidragit med värdefull kunskap, har bestått av<br />
Gunnar Nilsson Göteborg Energi, Vinko Culjak Ystad Energi, Göran Bergström<br />
Skellefteå Kraft <strong>och</strong> Peter Larsson Norrenergi.<br />
Projektet ingår i forskningsprogrammet Fjärrsyn som finansieras av<br />
Energimyndigheten <strong>och</strong> fjärrvärmebranschen. Fjärrsyn ska stärka möjligheterna för<br />
fjärrvärme <strong>och</strong> fjärrkyla genom ökad kunskap om fjärrvärmens roll i klimatarbetet<br />
<strong>och</strong> för det hållbara samhället till exempel genom att bana väg för affärsmässiga<br />
lösningar <strong>och</strong> framtidens teknik.<br />
Bo Johansson<br />
Ordförande i <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong>s teknikråd<br />
Rapporten redovisar projektets resultat <strong>och</strong> slutsatser. Publicering innebär inte att<br />
Fjärrsyns styrelse eller <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong> har tagit ställning till innehållet.<br />
5<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
SAMMANFATTNING<br />
För att minska mängden köpt energi <strong>och</strong> kostnader i byggnader kombineras ibland<br />
fjärrvärme med <strong>frånluftsvärmepump</strong>. Tidigare förekom det mest i större fastigheter,<br />
men på senare år har det också blivit vanligare i småhus. Kommande krav på köpt<br />
energi kan ytterligare påverka i den riktningen. I den här rapporten diskuteras först<br />
under vilka förutsättningar det kan vara lämpligt att kombinera, sett ur<br />
fastighetsägarens <strong>och</strong> fjärrvärmeleverantörens perspektiv med tanke på ekonomi <strong>och</strong><br />
eventuella energibesparingar.<br />
Huvuddelen beskriver olika tekniska lösningar vid installation av både fjärrvärme <strong>och</strong><br />
<strong>frånluftsvärmepump</strong>. Fördelar <strong>och</strong> nackdelar beskrivs för olika lösningar.<br />
Flerbostadshus <strong>och</strong> småhus har delats upp på varsitt kapitel då de ekonomiska<br />
förutsättningarna skiljer stort <strong>och</strong> påverkar valet. Påverkan på returtemperatur,<br />
årsvariation i last på fjärrvärmenätet, värmepumpens värmefaktor <strong>och</strong> lösningens<br />
komplexitet (nära kopplad till funktion <strong>och</strong> kostnader) är viktiga parametrar som<br />
diskuteras.<br />
Vilken lösning som är mest ekonomisk för fastighetsägaren beror mycket på de<br />
aktuella förutsättningarna, främst vad gäller energibehov <strong>och</strong> relationen mellan elpris<br />
<strong>och</strong> fjärrvärmepris. Vägledning kring det valet ges på slutet av kapitlen om<br />
flerbostadshus respektive småhus.<br />
6<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
SUMMARY<br />
Aiming at lower energy use and lower cost in buildings, district heating is sometimes<br />
combined with exhaust air heat pump. Previously this was found mainly in large<br />
buildings, but in recent years it has become more frequent also in single-family<br />
houses. Coming requirements on delivered amount of energy might further influence<br />
towards this direction. In this report conditions during which combination can be<br />
useful is first discussed, from the point of view of the property owner and the district<br />
heating company, based on economy and possible energy savings.<br />
The main part of the report describes different technical solutions when combining<br />
district heating and exhaust air heat pump. Advantages and disadvantages of different<br />
solutions are given. Multi-family houses and single-family houses are treated in two<br />
separate chapters because their economic conditions are widely different. Influence<br />
on district heating return temperature, annual variation in load on district heating<br />
network, coefficient of performance of the heat pump and the complexity (closely<br />
linked to function and economy) of the solution are important parameters treated.<br />
The most economically viable solution for the property owner varies a lot depending<br />
on the current conditions, primarily concerning energy use and the relation between<br />
electricity price and district heating price. Guidance in this selection is given in the<br />
end of the chapters about multi-family houses and single-family houses respectively.<br />
7<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
INNEHÅLL<br />
1 INLEDNING 10<br />
1.1 BAKGRUND 10<br />
1.2 SYFTE 11<br />
1.3 MÅL 11<br />
2 ATT KOMBINERA ELLER INTE 12<br />
2.1 FASTIGHETSÄGARENS PERSPEKTIV 12<br />
2.1.1 Energi 12<br />
2.1.2 Kostnader 12<br />
2.1.3 Energikrav 13<br />
2.2 FJÄRRVÄRMELEVERANTÖRENS PERSPEKTIV 13<br />
3 GRUNDLÄGGANDE PRINCIPER FÖR KOMBINATION 15<br />
4 KOMBINATIONER I FLERBOSTADSHUS 16<br />
4.1 BÅDE FJÄRRVÄRME OCH VÄRMEPUMP TILL BÅDE VÄRME OCH<br />
VARMVATTEN 16<br />
4.1.1 Värme <strong>och</strong> varmvatten med FV – VP – FV 17<br />
4.1.2 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt samt varmvatten med FV – VP – FV 18<br />
4.1.3 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt samt varmvatten i flera steg <strong>och</strong><br />
ackumulering 19<br />
4.2 VÄRMEPUMP ENDAST TILL VÄRME 21<br />
4.2.1 Värme med parallellt FV/VP förvärmare <strong>och</strong> FV eftervärmare 21<br />
4.2.2 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt 22<br />
4.2.3 Värme med VP före FV 23<br />
4.2.4 Värme med VP före FV <strong>och</strong> tvåstegskopplat varmvatten 24<br />
4.3 JÄMFÖRELSE AV KOPPLINGSPRINCIPER FÖR FLERBOSTADSHUS<br />
25<br />
4.4 VÄGLEDNING FÖR VAL AV KOMBINATIONSLÖSNINGAR TILL<br />
FLERBOSTADSHUS 26<br />
5 KOMBINATIONER I SMÅHUS 27<br />
5.1 BÅDE FJÄRRVÄRME OCH VÄRMEPUMP TILL BÅDE VÄRME OCH<br />
VARMVATTEN 28<br />
5.1.1 Dubbelmantlad varmvattenberedare kopplad till FV <strong>och</strong> VP 28<br />
5.1.2 Värme respektive varmvatten med FV <strong>och</strong> VP parallellt 29<br />
5.2 FJÄRRVÄRME ENDAST TILL VÄRME 30<br />
5.2.1 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt <strong>och</strong> varmvatten med VP 31<br />
5.3 VÄRMEPUMP ENDAST TILL VÄRME 32<br />
8<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
5.3.1 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt <strong>och</strong> varmvatten med FV 32<br />
5.4 JÄMFÖRELSE AV KOPPLINGSPRINCIPER FÖR SMÅHUS 34<br />
5.5 VÄGLEDNING FÖR VAL AV KOMBINATIONSLÖSNINGAR TILL<br />
SMÅHUS 35<br />
6 DISKUSSION 36<br />
7 BETECKNINGAR OCH SYMBOLER 38<br />
8 REFERENSER 39<br />
9<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
1 INLEDNING<br />
1.1 Bakgrund<br />
Det har blivit allt vanligare att fjärrvärme kompletteras med andra värmekällor,<br />
framför allt <strong>frånluftsvärmepump</strong>ar, i bostäder. Detta kan i många fall också bli<br />
nödvändigt för att nå kommande krav på lägre energianvändning eller köpt energi i<br />
nybyggda bostäder (BBR 19) (Boverket 2011).<br />
Branschen ställer krav på fjärrvärmecentraler i <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong>s tekniska<br />
bestämmelse F:101 <strong><strong>Fjärrvärme</strong>central</strong>en Utförande <strong>och</strong> installation.<br />
<strong><strong>Fjärrvärme</strong>central</strong>er för småhus är vanligen certifierade <strong>och</strong> uppfyller således vissa<br />
kvalitetskrav. Däremot påverkas funktionen <strong>och</strong> prestandan hos en fjärrvärmecentral<br />
vid kombination med andra värmekällor. En värmepump skulle i kombination med<br />
fjärrvärme kunna orsaka betydligt högre returtemperaturer i fjärrvärmenätet om de<br />
kopplas in på ett, ur fjärrvärmeperspektiv, felaktigt sätt. Rätt utformade<br />
kombinationer påverkar fjärrvärmenätet i mycket mindre skala.<br />
Kombinationer har tidigare analyserats <strong>och</strong> rekommendationer har givits i två<br />
rapporter från <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong>:<br />
Kopplingsprinciper för fjärrvärmecentral <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong> FOU<br />
2003:94 (Selinder et al. 2003)<br />
<strong><strong>Fjärrvärme</strong>central</strong>en Kopplingsprinciper 2009:3 (2009)<br />
Den förstnämnda analyserar ett flertal sätt att koppla samman fjärrvärmecentral <strong>och</strong><br />
<strong>frånluftsvärmepump</strong> <strong>och</strong> ger rekommendation om fyra varianter som kan vara<br />
lämpliga beroende på förutsättningar med hänsyn till returtemperatur <strong>och</strong> ekonomi.<br />
Dessa fyra gäller främst flerbostadshus. För småhus har en variant analyserats men<br />
rekommendation om lämplig variant saknas.<br />
Den senare rapporten samlar i ett kapitel tio olika kopplingsprinciper för<br />
fjärrvärmecentral <strong>och</strong> värmepump (inte specifikt <strong>frånluftsvärmepump</strong>), beskriver<br />
dessa <strong>och</strong> anger fördelar <strong>och</strong> nackdelar.<br />
Förutsättningar för kombination i allmänhet har ändrats <strong>och</strong> det förväntas ske<br />
ytterligare ändringar i riktning mot:<br />
Minskande värmebehov i byggnader<br />
Ökat intresse av kombination i småhus för att uppfylla Boverkets krav på<br />
energianvändning<br />
10<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
1.2 Syfte<br />
Projektets syfte är att värmepumpar hos fjärrvärmekonsumenter inte ska påverka<br />
fjärrvärmenätet på ett negativt sätt. Samtidigt ska kombinationen fungera<br />
tillfredsställande för konsumentens behov.<br />
Viktiga aspekter är hur kombinationen påverkar returtemperatur <strong>och</strong> variation i last<br />
på fjärrvärmenätet, påverkan på värmepumpens effektivitet <strong>och</strong> eventuellt<br />
varmvattenkvalitet.<br />
1.3 Mål<br />
Projektets mål har varit att ge vägledning vid val av kopplingsprinciper när en<br />
byggnad använder både fjärrvärme <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong>. Detta ska säkerställa att<br />
eventuell negativ påverkan på fjärrvärmenätet minimeras samtidigt som<br />
konsumentens behov tillfredsställs.<br />
Tidigare utredningar har uppdaterats med tanke på förändringar på marknaden, d.v.s.<br />
minskade värmebehov i byggnader <strong>och</strong> ökat intresse av kombination i småhus. Olika<br />
förutsättningar gäller för flerbostadshus <strong>och</strong> småhus. Riktlinjer har också getts baserat<br />
på olika förutsättningar såsom värme- <strong>och</strong> varmvattenbehov, energipriser <strong>och</strong> vilka<br />
lösningar som eventuellt finns i huset eller området sedan tidigare. Erfarenheter från<br />
olika fjärrvärmenät har varit mycket viktiga i arbetet genom referensgruppens<br />
medverkan. Gruppen bestod av:<br />
Gunnar Nilsson, Göteborg Energi<br />
Vinko Culjak, Ystad Energi<br />
Göran Bergström, Skellefteå Kraft<br />
Peter Larsson, Norrenergi<br />
Fokus har varit på grundläggande principer för hur kombinationen görs<br />
(parallellkoppling, värmeväxlare i flera steg, värmepump endast för värme etc.), <strong>och</strong><br />
på grundläggande skillnader i förutsättningar.<br />
Diskussioner har också förts om hur förändringar i priser <strong>och</strong> krav kan tänkas påverka<br />
fastighetsägare i valet om <strong>och</strong> hur fjärrvärme <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong> kombineras<br />
samt om hur fjärrvärmeleverantörer kan påverka vilka kombinationer som används.<br />
11<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
2 ATT KOMBINERA ELLER INTE<br />
2.1 Fastighetsägarens perspektiv<br />
Den första frågan en fastighetsägare bör ställa sig inför beslutet att installera både<br />
fjärrvärme <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong> är förstås om man över huvud taget bör göra det.<br />
Kommer energianvändningen att minska?<br />
Kommer kostnaden att minska?<br />
Är det nödvändigt för att uppfylla krav på energianvändning?<br />
Är man beredd att sköta drift av ett mer komplicerat system?<br />
2.1.1 Energi<br />
Jämfört med att bara använda fjärrvärme minskar mängden köpt energi, men en del<br />
av den minskade fjärrvärmeenergin ersätts av el, som oftast är dyrare, har större<br />
primärenergianvändning <strong>och</strong> nästan alltid större klimatpåverkan. Det är alltså inte alls<br />
säkert att minskad mängd köpt energi betyder minskade kostnader <strong>och</strong> minskad<br />
miljöpåverkan.<br />
2.1.2 Kostnader<br />
Att installera dubbla värmesystem kan vara dyrt, speciellt vid små värmebehov.<br />
Energikostnaden minskar kanske då mindre energi köps. Många fjärrvärmeleverantörer<br />
har förutom energipriset infört, eller planerar att införa, ett pris som<br />
baseras på maximalt uttagen effekt eller på returtemperatur. Då effekttopparna från<br />
fjärrvärme ofta inte minskar i samma grad som energimängden vid kombination med<br />
värmepump, blir kanske inte vinsten så stor som man först hade räknat med. Det blir<br />
också allt vanligare att fjärrvärmepriset differentieras mellan sommar <strong>och</strong> vinter,<br />
vilket minskar eller helt eliminerar vinsten vid användning av värmepump för<br />
varmvatten.<br />
En kombinerad värmelösning kräver också mer kompetens för injustering, drift <strong>och</strong><br />
underhåll, vilket innebär ytterligare kostnader, antingen för driften eller för att<br />
systemet inte fungerar optimalt.<br />
I en del fall är kombinationen lönsam, i andra fall inte. Ibland kan det vara bättre att<br />
komplettera fjärrvärmen med värmeåtervinning genom värmeväxlare mellan frånluft<br />
<strong>och</strong> tilluft utan värmepump, FTX.<br />
12<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
2.1.3 Energikrav<br />
Boverket ställer krav på högsta tillåten energianvändning i nybyggda hus. Kraven<br />
skiljer mellan elvärmda hus (t.ex. värmepump) <strong>och</strong> hus med annat uppvärmningssätt<br />
än elvärme (t.ex. fjärrvärme). Krav som kommer att gälla fullt ut från januari 2013<br />
enligt BBR 19 (Boverket 2011) har för bostäder sammanställts i Tabell 1. Dessa data<br />
gäller köpt energi <strong>och</strong> innefattar energi för uppvärmning, varmvatten <strong>och</strong> ev. kyla<br />
samt fastighetsenergi för drift av pumpar etc. i värmesystem.<br />
Tabell 1. Gränser för energianvändning enligt Boverkets byggregler, BBR 19.<br />
Klimatzon I (norra II (mellersta III (södra<br />
Sverige) Sverige) Sverige)<br />
Bostäder med elvärme<br />
[kWh/(m 2 Atemp år)]<br />
95 75 55<br />
Bostäder med annan<br />
uppvärmning än elvärme<br />
[kWh/(m 2 Atemp år)]<br />
130 110 90<br />
Som elvärmt räknas ett hus om installerad eleffekt för uppvärmning är större än<br />
10 W/m 2 Atemp (uppvärmd area). Därmed kan en byggnad med värmepump med<br />
relativt låg effekt kombinerad med fjärrvärme räkna energianvändning enligt det<br />
högre gränsvärdet även om en väsentlig andel är el <strong>och</strong> på så sätt lättare klara kraven<br />
än med bara antingen värmepump eller fjärrvärme.<br />
Diskussioner kring reglerna pågår <strong>och</strong> en förändring kan göra att förutsättningarna för<br />
kombination blir annorlunda. Som exempel har föreningen Sveriges centrum för<br />
nollenergihus gett ut en definition av nollenergihus, passivhus <strong>och</strong> minienergihus<br />
(Sveriges centrum för nollenergihus 2012) med högre krav än de Boverket anger <strong>och</strong><br />
där el <strong>och</strong> fjärrvärme bedöms annorlunda. Där används termen elvärmd bara för<br />
renodlade elvärmda system (inkl. värmepump). Gränsvärdena för icke elvärmda<br />
byggnader är dubbelt så höga som de för elvärmda. För kombinerade värmekällor<br />
räknas istället en total energianvändning där el viktas med en faktor 2,5 <strong>och</strong><br />
fjärrvärme med en faktor 0,8. Skulle en sådan modell användas för att bedöma<br />
kombination av fjärrvärme <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong> är det inte alls säkert att<br />
kombinationen skulle ge bättre resultat än renodlad fjärrvärme eller värmepump.<br />
2.2 <strong>Fjärrvärme</strong>leverantörens perspektiv<br />
För fjärrvärmeleverantören är det inte alltid lönsamt att dra fram ledningar till ett nytt<br />
område där värmepumpar installeras. Det är viktigt att väga installationskostnader<br />
mot den mängd energi som får säljas. I ett längre perspektiv bör man också väga in i<br />
pris <strong>och</strong> prismodell hur detta påverkar kundernas val av tekniska lösningar, både i nya<br />
<strong>och</strong> befintliga byggnader. När det gäller nybyggnadsområden kan det vara till hjälp<br />
13<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
att följa utvecklingen av kravspecifikationer för att bedöma investeringar <strong>och</strong> vad<br />
som kan väntas i området framöver.<br />
Oavsett om fjärrvärmecentralen kombineras med andra värmekällor eller inte är det<br />
viktigt att den uppfyller gällande krav för prestanda, säkerhet etc., vilka beskrivs bl.a.<br />
i <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong>s tekniska bestämmelse F:101 <strong><strong>Fjärrvärme</strong>central</strong>en utförande <strong>och</strong><br />
installation (<strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong> 2008).<br />
14<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
3 GRUNDLÄGGANDE<br />
PRINCIPER FÖR<br />
KOMBINATION<br />
Det finns olika grundläggande strategier för vad fjärrvärme <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong><br />
används till när de kombineras:<br />
Andra val är:<br />
Både fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump till både värme <strong>och</strong> varmvatten<br />
Värmepump enbart till värme<br />
<strong>Fjärrvärme</strong> enbart till värme<br />
Med eller utan värmelager (för värmepump)<br />
Värmepump <strong>och</strong> fjärrvärme parallellkopplat, seriekopplat eller i flera steg<br />
<strong>Fjärrvärme</strong> som brukar användas som spets<br />
o Kompletterar värmepumpen när den är otillräckligt<br />
o Ersätter värmepumpen (som stängs av) när den är otillräcklig<br />
Ibland dimensioneras fjärrvärmeanslutningen för att kunna ta hela effektbehovet,<br />
även om den bara är avsedd att spetsa värmepumpen; detta för ökad driftsäkerhet ifall<br />
värmepumpen inte fungerar.<br />
Både värmepumpar <strong>och</strong> fjärrvärme är generellt effektivare vid lägre temperatur. Det<br />
finns därför inte ett enkelt <strong>och</strong> bra sätt att koppla dem i serie i en viss ordningsföljd.<br />
En skillnad mellan förutsättningarna är att fjärrvärmecentralen har en given<br />
framledningstemperatur från nätet (som visserligen varierar med årstid) <strong>och</strong><br />
upp till den nivån kan leverera värme utan minskad effektivitet. Att minimera<br />
returtemperaturen (öka avkylningen) är betydligt viktigare. En värmepump är istället<br />
känsligare för ökad framledningstemperatur <strong>och</strong> det är bättre att hålla en mindre<br />
temperaturskillnad mellan fram <strong>och</strong> retur till värmepumpen.<br />
15<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
4 KOMBINATIONER I<br />
FLERBOSTADSHUS<br />
Här följer beskrivning av några exempel på kopplingsprinciper som används i<br />
flerbostadshus. Observera att det inte ska tolkas som en rekommendation att en viss<br />
lösning återges. I slutet av kapitlet sammanfattas fördelar <strong>och</strong> nackdelar med de olika<br />
varianterna. Vägledning till vad som kan vara lämpligt <strong>och</strong> vad man bör tänka på ges<br />
baserat på förutsättningar.<br />
4.1 Både fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump till både värme<br />
<strong>och</strong> varmvatten<br />
Om värmepumpen ska användas tillsammans med fjärrvärme för både värme <strong>och</strong><br />
varmvatten ger en genomtänkt <strong>och</strong> relativt komplicerad inkoppling en bättre funktion<br />
för fjärrvärmenät <strong>och</strong> värmepump. Detta behöver vägas mot investeringskostnad <strong>och</strong><br />
hur komplicerad drift <strong>och</strong> underhåll blir.<br />
16<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
4.1.1 Värme <strong>och</strong> varmvatten med FV – VP – FV<br />
En variant som undersöktes i (Selinder et al. 2003) är den som visas i Figur 1. Värme<br />
<strong>och</strong> varmvattensystemen är i detta fall parallellkopplade. <strong>Fjärrvärme</strong> används som<br />
förvärmning <strong>och</strong> eftervärmning medan värmepumpen, för värmesystemet via<br />
värmelager, används som värmekälla i ett mellansteg mellan de två<br />
fjärrvärmeväxlarna. Värmepumpen används i första hand <strong>och</strong> ventilerna för<br />
fjärrvärme öppnas när värmepumpen inte räcker till för inställd effekt <strong>och</strong> temperatur.<br />
Den här kopplingsprincipen höjer inte returtemperaturen till fjärrvärmenätet p.g.a. att<br />
uppvärmningen sker i tre steg. För fjärrvärmeleverantören minskar leveranserna<br />
under hela året <strong>och</strong> kan bli obefintliga sommartid. Värmepumpen har förutsättningar<br />
för god värmefaktor då den inte arbetar mot den högsta temperaturnivån. Eftersom<br />
tappvarmvattnet inte lagras i en förrådsberedare ökas inte risken för bakterietillväxt.<br />
Det som talar emot lösningen är att den innehåller många komponenter <strong>och</strong> därmed<br />
innebär hög investering. Dock är den ändå inte speciellt komplicerad eftersom<br />
värmepump <strong>och</strong> fjärrvärme i stort sett kan styras oberoende av varandra.<br />
Eftersom investeringskostnaden riskerar att bli hög kan den här lösningen i första<br />
hand rekommenderas där energianvändning <strong>och</strong> energikostnad är höga, så att man har<br />
möjlighet att spara in startkostnaden. Den kan också vara användbar för en äldre<br />
byggnad där det finns befintliga komponenter som kan återanvändas på ett lämpligt<br />
sätt. Att använda värmepump för både värme <strong>och</strong> varmvatten lönar sig bäst där<br />
skillnaden mellan el- <strong>och</strong> fjärrvärmepris är liten.<br />
VV<br />
KV<br />
Figur 1. Värme <strong>och</strong> varmvatten parallellt, båda producerade i tre steg med fjärrvärme som<br />
för- <strong>och</strong> eftervärmare samt värmepump i ett mellansteg.<br />
VP<br />
FV<br />
FV<br />
17<br />
ACK<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
4.1.2 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt samt varmvatten med FV –<br />
VP – FV<br />
Ett liknande alternativ som ovan visas i Figur 2 (Selinder et al. 2003). Som i<br />
föregående exempel används fjärrvärme för att för- <strong>och</strong> eftervärma varmvatten medan<br />
värmepump används till en mellannivå. Värmepumpen arbetar inte mot<br />
ackumulatortank här men använder en slingberedartank för varmvatten. På<br />
värmesidan skiljer lösningarna sig åt genom att fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump här<br />
används parallellt. Även här används värmepumpen i första hand <strong>och</strong> styrventilerna<br />
för fjärrvärme öppnar när effekt- <strong>och</strong> temperaturbehov inte uppfylls av enbart<br />
värmepumpen.<br />
<strong>Fjärrvärme</strong>ns returtemperatur påverkas normalt inte negativt av värmepumpen. Det<br />
förutsätter att värmepumpen kan leverera tillräckligt hög temperatur för byggnadens<br />
värmesystem så att inte fjärrvärmeväxlaren behöver kompensera med en högre<br />
temperatur. Leveranserna för fjärrvärmebolaget minskar här på samma sätt som i<br />
föregående lösning. Värmepumpens värmefaktor blir antagligen något lägre med den<br />
här kopplingsprincipen än den föregående, då värmepumpen behöver leverera högre<br />
temperatur till värmesystemet. Jämfört med föregående lösning kräver den här färre<br />
komponenter, en ackumulatortank <strong>och</strong> en värmeväxlare mindre. Enligt (Selinder et al.<br />
2003) är dock regleringen något mer komplicerad.<br />
Kopplingsprincipen har fördelar vid ungefär samma förutsättningar som den<br />
föregående, när skillnaden mellan el- <strong>och</strong> fjärrvärmepris är liten. Eftersom mängden<br />
komponenter är mindre blir investeringen mindre när inga befintliga komponenter är<br />
installerade sedan tidigare.<br />
VV<br />
KV<br />
FV<br />
FV<br />
VP<br />
Figur 2. Varmvatten producerat i tre steg med fjärrvärme som för- <strong>och</strong> eftervärmare samt<br />
värmepump i ett mellansteg. Värme med fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump parallellt.<br />
18<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt samt varmvatten i flera steg <strong>och</strong> ackumulering<br />
Flera av deltagarna i referensgruppen har i sina fjärrvärmenät en lösning från JM i<br />
samarbete med IVT <strong>och</strong> SWEP, som illustreras i Figur 3. På värmesidan är<br />
kopplingsprincipen i stort sett likadan som den föregående, d.v.s. parallellkopplad.<br />
Värmepump används i första hand <strong>och</strong> fjärrvärme används när värmepumpen inte ger<br />
tillräcklig framledningstemperatur. På varmvattensidan är den betydligt mer<br />
komplicerad. Där finns en slingberedare där vatten värms från värmepumpskretsen,<br />
fjärrvärmeväxlare i två steg samt ackumulator på varmvattensidan. Kopplingarna<br />
mellan dessa är många. Värmepumpen används när temperaturen i slingberedaren<br />
ligger under 45-50 °C. <strong>Fjärrvärme</strong>n kompletterar kapaciteten <strong>och</strong> höjer temperaturen.<br />
Den första fjärrvärmeväxlaren används i grunden delvis före eller parallellt med<br />
slingberedaren från värmepump. Den tar in en blandning av kallvatten <strong>och</strong> vatten från<br />
botten av ackumulatortanken. Slingberedaren tar in en blandning av kallvatten, vatten<br />
från varmvattencirkulation, vatten från ackumulatortanken <strong>och</strong> i vissa fall vatten från<br />
den första fjärrvärmeväxlaren. Detta inträffar när temperaturen hos blandningen från<br />
ackumulatortanken <strong>och</strong> kallvatten understiger ett börvärde (t.ex. 25-30 °C). Till den<br />
andra fjärrvärmeväxlaren blandas vatten från den första fjärrvärmeväxlaren,<br />
slingberedaren <strong>och</strong> vvc. Det varmvatten som inte används direkt lagras i<br />
ackumulatortanken.<br />
Den här lösningen är den mest komplicerade som beskrivs i den här rapporten, med<br />
många <strong>och</strong> svåröverblickbara kopplingar på varmvattensidan. Det bekräftar också de<br />
referensgruppsdeltagare som har erfarenhet av den i sina nät. Med noggrann<br />
injustering <strong>och</strong> underhåll finns förutsättningar för god funktion. De många<br />
komponenterna <strong>och</strong> den komplicerade regleringen kan dock ge en hög<br />
investeringskostnad <strong>och</strong> komplicerat/kostsamt underhåll samt risk att det inte<br />
fungerar som tänkt.<br />
Returtemperaturen till fjärrvärmenätet kan bli något högre än i de två föregående<br />
lösningarna p.g.a. att värmepumpen <strong>och</strong> den första fjärrvärmeväxlaren på<br />
varmvattensidan är delvis parallella <strong>och</strong> att ett delflöde från ackumulatortanken tas in<br />
i den växlaren. <strong>Fjärrvärme</strong>leveranserna minskar mest under sommarhalvåret då<br />
värmepumpen kan täcka det mesta av värmebehovet. Dock behöver fjärrvärme<br />
antagligen användas även sommartid för att ge tillräcklig temperatur till varmvatten.<br />
Värmepumpen bör ha goda förutsättningar till hög värmefaktor då den inte arbetar<br />
mot den högsta varmvattentemperaturen. Konstruktionen med ackumulering av<br />
varmvatten kan ge förhöjd risk för bakterietillväxt.<br />
19<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
VV<br />
VVC<br />
KV<br />
ACK<br />
Figur 3. Varmvatten producerat i flera steg med fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump samt<br />
ackumulering. Värme med fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump parallellt.<br />
20<br />
FV<br />
VP<br />
FV<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
4.2 Värmepump endast till värme<br />
Enklare <strong>och</strong> billigare inkopplingar kan väljas om värmepumpen bara används till<br />
värme <strong>och</strong> inte till varmvatten. Då blir nyttjandetiden av värmepumpen kortare medan<br />
fjärrvärmeleveranserna sommartid kvarstår. Variationerna över året i levererad<br />
fjärrvärmeeffekt minskar därmed.<br />
4.2.1 Värme med parallellt FV/VP förvärmare <strong>och</strong> FV eftervärmare<br />
Ett sätt att kombinera fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump bara för värme visas i Figur 4<br />
Värmepumpen används som primär energikälla <strong>och</strong> kompletteras när den är<br />
otillräcklig med fjärrvärme. I ett första steg används fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump<br />
parallellt. En andra värmeväxlare används för eftervärmning med fjärrvärme.<br />
Returtemperaturen till fjärrvärmenätet riskerar att påverkas negativt när<br />
värmepumpen tar ett delflöde från fjärrvärmeförvärmaren. Positivt för<br />
fjärrvärmeleverantören är att variationer mellan laster sommar- <strong>och</strong> vintertid minskar<br />
genom att man levererar varmvatten året runt. Eftersom värmepumpen är kopplad till<br />
den lägsta temperaturnivån får den förutsättningar för hög värmefaktor.<br />
Kopplingsprincipen är enkel <strong>och</strong> innebär lägre investeringskostnad i jämförelse med<br />
de två föregående då värmepumpen inte används till varmvatten.<br />
Den här kopplingsprincipen har fördelar när fjärrvärmepriset, speciellt sommartid, är<br />
betydligt lägre än elpriset. Är elpriset högt är det också extra viktigt att värmepumpen<br />
kan ge en hög värmefaktor.<br />
FV<br />
Figur 4. Värmepump endast till värme. Värmepump parallellt med fjärrvärme i ett första<br />
steg <strong>och</strong> en andra fjärrvärmeväxlare som eftervärmare.<br />
21<br />
VP<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
4.2.2 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt<br />
En något förenklad variant av ovanstående princip fås om eftervärmaren elimineras så<br />
att bara en fjärrvärmeväxlare används parallellt med värmepumpen, Figur 5.<br />
<strong>Fjärrvärme</strong>returen riskerar då inte att höjas såvida värmepumpen inte kan ge<br />
tillräcklig temperatur till värmesystemet. Värmepumpen ger däremot en lägre<br />
värmefaktor då den får arbeta mot högre temperatur.<br />
I ett lågtemperatursystem (golvvärme eller lågtemperaturradiatorer) bör den här<br />
lösningen fungera bra då både fjärrvärmeväxlare <strong>och</strong> värmepump får arbeta mot låga<br />
temperaturer. I övrigt ger den fastighetsägaren fördelar under liknande förutsättningar<br />
som ovanstående, när fjärrvärmepriset är betydligt lägre än elpriset.<br />
FV<br />
Figur 5. Värmepump endast till värme. <strong>Fjärrvärme</strong> <strong>och</strong> värmepump parallellkopplade.<br />
22<br />
VP<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
4.2.3 Värme med VP före FV<br />
I rapporten (Selinder et al. 2003) diskuteras en annan förenklad variant av<br />
ovanstående princip 4.2.1, där den första fjärrvärmeväxlaren saknas <strong>och</strong> istället har<br />
ersatts av en rörbit för att ta ett delflöde genom värmepumpen <strong>och</strong> ett delflöde förbi,<br />
Figur 6. En del av vattnet i värmesystemet värms alltså först av värmepumpen. Resten<br />
går förbi <strong>och</strong> dessa båda delflöden eftervärms av fjärrvärme.<br />
Den varianten innebär en förhöjd returtemperatur <strong>och</strong> är på det sättet mindre lämplig<br />
ur fjärrvärmeperspektiv. Fördelar är förutsättningar för hög värmefaktor samt förstås<br />
att principen är enkel <strong>och</strong> innebär en lägre investeringskostnad.<br />
Om varmvattenbehovet är stort i förhållande till värmebehovet får den försämrade<br />
avkylningen på värmesidan mindre betydelse <strong>och</strong> lösningen skulle möjligen kunna<br />
vara acceptabel.<br />
FV<br />
Figur 6. Värmepump endast till värme. Värmepump i serie före fjärrvärme.<br />
23<br />
VP<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
4.2.4 Värme med VP före FV <strong>och</strong> tvåstegskopplat varmvatten<br />
En liknande princip men med tvåstegskoppling för varmvattensidans<br />
fjärrvärmeväxlare, Figur 7, finns i en fastighet bland Norrenergis kunder enligt<br />
referensgruppens Peter Larsson.<br />
På värmesidan är lösningen likadan som i föregående exempel. Tvåstegskopplingen<br />
innebär att fjärrvärmesidans retur från värmedelen används för att förvärma<br />
inkommande kallvatten i den första delen av fjärrvärmeväxlaren. Varmvattnet värms<br />
sedan till rätt temperatur i den andra delen av värmeväxlaren, där också vatten från<br />
vvc-kretsen kommer in.<br />
Förvärmningen av kallvattnet gör att returen från värmedelen, <strong>och</strong> därmed den totala<br />
returen till fjärrvärmenätet, sänks. Värmepumpens värmefaktor är god som i<br />
föregående lösning.<br />
Den aktuella fastigheten rymmer lägenheter <strong>och</strong> en restaurang <strong>och</strong> har därmed ett<br />
stort varmvattenbehov. Andelen värme från värmepumpen är i det här fallet också<br />
liten (
4.3 Jämförelse av kopplingsprinciper för<br />
flerbostadshus<br />
De kopplingsprinciper som beskrivits i avsnitt 4.1-4.2 har bedömts med avseende på<br />
hur de påverkar:<br />
Returtemperaturen till fjärrvärmenätet<br />
Mängden energi som fjärrvärmebolaget får leverera <strong>och</strong> hur lasten varierar<br />
över året<br />
Värmepumpens värmefaktor<br />
Varmvatten – eventuell ökad risk för fel temperatur, instabil temperatur eller<br />
bakterietillväxt<br />
Hur komplicerad kopplingsprincipen är <strong>och</strong> om den innehåller många<br />
komponenter, vilket påverkar investeringskostnad <strong>och</strong> praktisk drift<br />
En sammanställning av bedömningen visas i Tabell 2. Jämförelse har inte gjorts mot<br />
ren fjärrvärmelösning eller någon annan fast referens, utan de olika principerna har<br />
jämförts mot varandra för de olika parametrarna. En relativt bra lösning har värderats<br />
med ”+”, en sämre med ”-” <strong>och</strong> en medelmåttig med ”0”. Plus- eller minustecken i<br />
parantes betyder att det kan finnas en tendens åt ena hållet beroende på<br />
förutsättningar. Bedömningen kan inte summeras till en total vinnare då olika<br />
tendenser är olika starka <strong>och</strong> olika faktorer har olika relativ betydelse beroende på<br />
aktuella förutsättningar (se vidare i följande avsnitt).<br />
Tabell 2. Jämförelse av kopplingsprinciper för flerbostadshus (+ bra, - dåligt).<br />
Princip (numrering<br />
enligt kapitel)<br />
4.1.1 FV-VP-FV/FV-VP-<br />
FV<br />
Returtemp. <br />
FVleverans<br />
25<br />
VP värmefaktor <br />
Varmvatten<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON<br />
Enkel<br />
+ - + 0 0<br />
4.1.2 FV&VP/FV-VP-FV + - 0 0 0<br />
0 FV&VP/FV,VP, ack (+) - + - -<br />
4.2.1 FV&VP-FV/FV (-) + + 0 (+)<br />
4.2.2 FV&VP/FV + + - 0 +<br />
4.2.3 VP-FV/FV - + + 0 +<br />
4.2.4 VP-FV/FV<br />
(2-stegs)<br />
0 + + 0 (+)
4.4 Vägledning för val av kombinationslösningar till<br />
flerbostadshus<br />
Tabell 3 ger vägledning utifrån förutsättningar avseende energipris, typ av byggnad<br />
<strong>och</strong> om det redan finns ett värmesystem samt hur behoven av värme <strong>och</strong> varmvatten<br />
ser ut. Beskrivningarna av förutsättningar <strong>och</strong> kombinationer av dem är förenklingar<br />
<strong>och</strong> de givna förslagen måste ses som en vägledning kring vad man bör tänka på, men<br />
där det finns gränsfall <strong>och</strong> fall där någon annan lösning är lämpligare på grund av<br />
andra faktorer.<br />
Tabell 3. Vägledning för val av kopplingsprinciper i flerbostadshus beroende på<br />
förutsättningar.<br />
Energipris Befintligt system?<br />
(nytt/gammalt…)<br />
Liten skillnad mellan<br />
el <strong>och</strong> FV<br />
Liten skillnad mellan<br />
el <strong>och</strong> FV<br />
FV-pris betydligt<br />
lägre än elpris<br />
FV-pris betydligt<br />
lägre än elpris<br />
Ja, en del för<br />
ombyggnad<br />
användbar utrustning<br />
finns<br />
26<br />
Värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov<br />
Stor fastighet / stort<br />
värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov<br />
Ny byggnad Genomsnittligt<br />
värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov /<br />
kostnad<br />
Ja, en del för<br />
ombyggnad<br />
användbar utrustning<br />
finns<br />
Stor fastighet / stort<br />
värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov<br />
Ny byggnad Stort<br />
varmvattenbehov i<br />
förhållande till<br />
värmebehov<br />
Förslag<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON<br />
FV <strong>och</strong> VP till både<br />
värme <strong>och</strong> VV.<br />
Princip 4.1.1 (FV-VP-<br />
FV/FV-VP-FV).<br />
FV <strong>och</strong> VP till både<br />
värme <strong>och</strong> VV.<br />
Princip 4.1.2<br />
(FV&VP/FV-VP-FV).<br />
VP endast till värme.<br />
Princip 4.2.1<br />
(FV&VP-FV/FV).<br />
VP endast till värme.<br />
Princip 4.2.2<br />
(FV&VP/FV) eller<br />
4.2.4 (VP-FV/FV(2stegs)).
5 KOMBINATIONER I SMÅHUS<br />
Förutsättningarna för kombinationer i småhus skiljer mot flerbostadshus genom att<br />
värmebehoven är mindre <strong>och</strong> kompetensen för att sköta systemen oftast är lägre. Det<br />
innebär att en låg installationskostnad blir viktigare i förhållande till sparad energi<br />
<strong>och</strong> att det är desto viktigare att systemet är enkelt. Allmänt blir kombinationer också<br />
mindre fördelaktigt.<br />
Det finns ett par färdiga lösningar på marknaden för kombination av fjärrvärme <strong>och</strong><br />
<strong>frånluftsvärmepump</strong> till småhus. Färdiga lösningar har fördelarna att de kan<br />
produceras effektivare <strong>och</strong> därmed bli billigare <strong>och</strong> att det kan finnas kompetens att<br />
installera <strong>och</strong> erbjuda service.<br />
Beskrivning av några exempel på kopplingsprinciper ges i det följande. Precis som i<br />
föregående kapitel är inte alla lösningarna rekommendationer bara för att de återges<br />
här. I slutet av kapitlet sammanfattas fördelar <strong>och</strong> nackdelar med olika alternativ.<br />
Vägledning vid olika förutsättningar ges också.<br />
27<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
5.1 Både fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump till både värme<br />
<strong>och</strong> varmvatten<br />
5.1.1 Dubbelmantlad varmvattenberedare kopplad till FV <strong>och</strong> VP<br />
Den kombinationslösning som tidigare var dominerande för småhus är en variant av<br />
<strong>frånluftsvärmepump</strong> med dubbelmantlad varmvattenberedare där fjärrvärme på ett<br />
mycket enkelt sätt ersätter elpatron (som vanligen används för spetslast till<br />
värmepump) genom att koppla den direkt till dubbelmanteln (Selinder et al. 2003), se<br />
Figur 8. Två stora värmepumpstillverkare, Nibe <strong>och</strong> IVT, har salufört snarlika<br />
lösningar. Värmepumpen används i första hand <strong>och</strong> värmer vattnet i en<br />
dubbelmantlad beredare. Därifrån tas vatten till värmesystem <strong>och</strong> värmer tappvatten i<br />
den inbyggda varmvattenberedaren. <strong>Fjärrvärme</strong> kopplas in <strong>och</strong> spetsar temperaturen i<br />
dubbelmanteln när värmepumpen är otillräcklig.<br />
Med den här kopplingsprincipen höjs returtemperaturen till fjärrvärmenätet (jämfört<br />
med om enbart fjärrvärme används). Värmepumpen levererar ungefär lika mycket<br />
värme <strong>och</strong> varmvatten under hela året tills behovet understiger kapaciteten.<br />
<strong>Fjärrvärme</strong>användningen minskas då med en jämn nivå, utom under den varmaste<br />
tiden då troligen ingen fjärrvärme alls levereras. Värmepumpens värmefaktor blir<br />
relativt låg då den måste hålla temperaturen i beredaren tillräckligt hög för<br />
varmvatten. Med varmvattenberedare kan det också finnas en förhöjd risk för<br />
bakterietillväxt, om vatten blir stillastående, jämfört med genomströmningsberedning.<br />
Dock finns ofta en funktion för bakterieavdödning genom att regelbundet (t.ex. en<br />
gång per vecka) höja temperaturen i beredaren.<br />
Den här kopplingsprincipen påverkar fjärrvärmenätet negativt <strong>och</strong> är inte heller<br />
speciellt effektiv för värmepumpen. Den har använts för att det är en enkel lösning.<br />
VV<br />
KV<br />
Figur 8. Värmepump <strong>och</strong> fjärrvärme parallellkopplade till dubbelmantlad beredare<br />
för värme <strong>och</strong> varmvatten.<br />
VVB<br />
28<br />
VP<br />
FV<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
5.1.2 Värme respektive varmvatten med FV <strong>och</strong> VP parallellt<br />
Istället för att koppla fjärrvärme direkt till en dubbelmantlad beredare, kan den<br />
kopplas in parallellt till värmesystem respektive varmvatten (Nibe FJVM 220), se<br />
Figur 9. Värmepumpen värmer även här en dubbelmantlad beredare, som i sin tur ger<br />
värme till värmesystemet <strong>och</strong> värmer tappvarmvatten i en beredare. <strong>Fjärrvärme</strong><br />
kopplas in när värmepumpen inte räcker till, för att spetsa värme <strong>och</strong>/eller<br />
varmvatten. Det görs via värmeväxlare parallellt med värmepumpskretsarna.<br />
Detta kräver lite fler komponenter, bl.a. en extra värmeväxlare, men ger den viktiga<br />
fördelen att värmepumpen inte påverkar fjärrvärmens returtemperatur, så länge<br />
värmesystemet inte kräver högre temperatur än värmepumpen kan leverera.<br />
Användningen av fjärrvärme minskar på samma sätt som med föregående<br />
kopplingsprincip. Parallellt med både fjärrvärmeväxlaren <strong>och</strong><br />
värmepumpsinkopplingen på värmekretsen finns en förbikoppling. Detta ger<br />
värmepumpen möjlighet att hålla ett högt flöde <strong>och</strong> mindre temperaturskillnad (utan<br />
att påverka värmesystemet eller fjärrvärmen) vilket gynnar värmefaktorn. Jämfört<br />
med föregående lösning gynnas dessutom värmefaktorn av att spetsvärme från<br />
fjärrvärme inte höjer temperaturen inuti dubbelmanteln. På samma sätt som ovan kan<br />
det finnas en ökad risk för bakterietillväxt om vattnet i beredaren blir stillastående,<br />
men risken minskas normalt av att temperaturen regelbundet höjs.<br />
Den här kopplingsprincipen är mer lämplig för fjärrvärmenätet <strong>och</strong> ger förutsättningar<br />
för högre värmefaktor jämfört med den föregående. Den bör därför hellre användas<br />
där både fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump kopplas in till både värme <strong>och</strong> varmvatten. I ett<br />
hus med hög användning av värme <strong>och</strong> varmvatten <strong>och</strong> där skillnaden mellan<br />
fjärrvärme- <strong>och</strong> elpris är litet kan det vara lönsamt för husägaren.<br />
VV<br />
KV<br />
VVB<br />
Figur 9. Värmepump med dubbelmantlad beredare parallellkopplad med fjärrvärme,<br />
separat för värme respektive varmvatten.<br />
29<br />
VP<br />
FV<br />
FV<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
5.2 <strong>Fjärrvärme</strong> endast till värme<br />
En kombinationslösning med färre komponenter kan fås om inte båda värmekällorna<br />
används till både värme <strong>och</strong> varmvatten. För småhus finns färdiga lösningar där<br />
värmepump används för både värme <strong>och</strong> varmvatten medan fjärrvärme bara används<br />
till att spetsa värme.<br />
30<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
5.2.1 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt <strong>och</strong> varmvatten med VP<br />
Både Nibe (FJVM 120) <strong>och</strong> IVT (IVT 633) (2008) erbjuder färdiga likartade<br />
kombinationer enligt Figur 10. Som i princip 5.1.2 är fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump<br />
parallellkopplade <strong>och</strong> fjärrvärme används som spets när värmepumpen inte kan<br />
producera tillräcklig värme. Däremot finns här inte möjligheten att spetsa varmvattnet<br />
med fjärrvärme.<br />
<strong>Fjärrvärme</strong>returen påverkas inte negativt av värmepumpen för värmeleveranserna.<br />
Däremot kan returen totalt sett i genomsnitt bli något högre p.g.a. att ingen energi<br />
levereras till varmvatten (vilket normalt ger lägre returtemperatur). Är andelen<br />
varmvatten liten i förhållande till värmebehovet har det mindre betydelse om<br />
fjärrvärme producerar varmvatten eller inte. Mängden fjärrvärme som används<br />
påverkas knappast av att fjärrvärme bara spetsar värmesystemet eftersom<br />
värmepumpen troligen klarar hela energibehovet under tider när det bara krävs till<br />
varmvatten. Vad gäller värmepumpens värmefaktor bör den vara relativt låg, med<br />
liknande förutsättningar som princip 5.1.1 där värmepumpen höjer temperaturen till<br />
varmvattennivå. Som i de två ovanstående lösningarna används varmvattenberedare,<br />
vilket kan öka risken för bakterietillväxt, men som tidigare nämnts ska det normalt<br />
inte vara något problem eftersom temperaturen brukar höjas då <strong>och</strong> då.<br />
Om varmvattenbehovet är litet i förhållande till värmebehovet kan det vara mer<br />
rimligt att använda denna lösning än den föregående då det minskar antalet<br />
komponenter <strong>och</strong> komplexiteten för varmvattenproduktion. Som för den föregående<br />
principen är chansen till en lönsam installation för husägaren större där skillnaden<br />
mellan el- <strong>och</strong> fjärrvärmepris är liten.<br />
VV<br />
KV<br />
VVB<br />
Figur 10. <strong>Fjärrvärme</strong> endast till värme. Värmepump med dubbelmantlad beredare, för<br />
värme parallellkopplad med fjärrvärme.<br />
VP<br />
31<br />
FV<br />
FV<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
5.3 Värmepump endast till värme<br />
Ur fjärrvärmeleverantörens perspektiv skulle det vara bättre om värmepumpen bara<br />
används till värme. Då skulle lastvariationer under året utjämnas <strong>och</strong><br />
fjärrvärmeleveranser kunna ske även sommartid.<br />
5.3.1 Värme med FV <strong>och</strong> VP parallellt <strong>och</strong> varmvatten med FV<br />
I Figur 11 visas en variant liknande den föregående med den skillnaden att<br />
varmvatten från värmepumpen har tagits bort. Varmvattnet levereras här istället av<br />
fjärrvärme, parallellkopplat med värmen.<br />
Vinsterna med den här kopplingsprincipen jämfört med de föregående, ur<br />
fjärrvärmeleverantörens perspektiv, är leveranser även sommartid <strong>och</strong> lägre<br />
returtemperatur till fjärrvärmenätet. Jämfört med om bara fjärrvärme används kapas<br />
här fjärrvärmeleveranserna <strong>och</strong> effekttopparna under de kallare årstiderna medan<br />
leveranserna för sommartid kvarstår <strong>och</strong> utjämnar årsvariationer. Eftersom<br />
värmepumpen inte producerar varmvatten får den kortare användningstid, men den<br />
får förutsättningar till högre värmefaktor <strong>och</strong> längre livslängd eftersom den inte<br />
behöver ge lika hög temperatur. Därför behöver inte den totala minskningen i tillförd<br />
värme från värmepumpen vara särskilt stor. Risken för bakterietillväxt i varmvattnet<br />
är här mindre eftersom vattnet inte lagras i en beredartank. (Detta skulle förstås kunna<br />
undvikas också i de andra alternativen genom att byta ut förrådsberedaren mot en<br />
slingberedare.)<br />
Här används mer fjärrvärme <strong>och</strong> mer energi totalt, men mindre el jämfört med om<br />
värmepumpen också producerar varmvatten. Med nuvarande byggregler är det därför<br />
svårare att komma ner till gränserna för energianvändning med denna lösning. Ändras<br />
reglerna så att el räknas högre än fjärrvärme ändras dock förutsättningarna till fördel<br />
för varmvattenproduktion med fjärrvärme.<br />
Bortsett från energikrav; för att husägaren ska välja en sådan här variant istället för att<br />
producera varmvatten med värmepump krävs att fjärrvärmepriset, speciellt<br />
sommartid, är tillräckligt mycket lägre än elpriset. Om avkylningen har stor betydelse<br />
i fjärrvärmepriset gynnas varianten jämfört med andra kombinationslösningar.<br />
Jämfört med ren fjärrvärme är den här lösningen främst attraktiv för husägaren när<br />
värmebehovet är någorlunda stort, så att investeringen i värmepump lönar sig (trots<br />
att fjärrvärmepriset är lågt) alternativt att värmepumpen är nödvändig för att uppfylla<br />
gällande krav på energianvändning. Inget exempel har hittats på att den här<br />
kopplingsprincipen marknadsförs som färdig standardlösning (vilket naturligtvis inte<br />
innebär att den inte existerar någonstans) men bedömningen är att den bör vara<br />
gynnsam under rätt förutsättningar.<br />
32<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
VV<br />
KV<br />
VP<br />
Figur 11. Värmepump endast till värme. <strong>Fjärrvärme</strong> <strong>och</strong> värmepump parallellkopplade.<br />
33<br />
FV<br />
FV<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
5.4 Jämförelse av kopplingsprinciper för småhus<br />
På samma sätt som kopplingsprinciperna för flerbostadshus i tidigare kapitel, har<br />
lösningarna för småhus som beskrivits i avsnitt 5.1-5.3 bedömts med avseende på hur<br />
de påverkar:<br />
Returtemperaturen till fjärrvärmenätet<br />
Mängden energi som fjärrvärmebolaget får leverera <strong>och</strong> hur lasten varierar<br />
över året<br />
Värmepumpens värmefaktor<br />
Varmvatten – eventuell ökad risk för fel temperatur, instabil temperatur eller<br />
bakterietillväxt<br />
Hur komplicerad kopplingsprincipen är <strong>och</strong> om den innehåller många<br />
komponenter, vilket påverkar investeringskostnad <strong>och</strong> praktisk drift<br />
En sammanställning av bedömningen visas i Tabell 4. Jämförelse har inte gjorts mot<br />
ren fjärrvärme eller mot någon annan fast referens, utan de olika principerna har<br />
jämförts mot varandra för de olika parametrarna. En relativt bra lösning har värderats<br />
med ”+”, en sämre med ”-” <strong>och</strong> en medelmåttig med ”0”. Plus- eller minustecken i<br />
parantes betyder att det kan finnas en tendens åt ena hållet beroende på<br />
förutsättningar. Bedömningen kan inte summeras till en total vinnare då olika<br />
tendenser är olika starka <strong>och</strong> olika faktorer har olika relativ betydelse beroende på<br />
aktuella förutsättningar (se vidare i följande avsnitt).<br />
Tabell 4. Jämförelse av kopplingsprinciper för småhus (+ bra, - dåligt).<br />
Princip (numrering enligt<br />
kapitel)<br />
Returtemp. <br />
FVleverans<br />
34<br />
VP<br />
värmefaktor <br />
Varmvatten<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON<br />
Enkel<br />
5.1.1 FV&VP,VVB - - - (-) +<br />
5.1.2 FV&VP/FV&VP (+) - 0 (-) -<br />
5.2.1 FV&VP/VP 0 - - (-) +<br />
5.3.1 FV&VP/FV + + + 0 +
5.5 Vägledning för val av kombinationslösningar till<br />
småhus<br />
Tabell 5 ger vägledning för kopplingsprinciper utifrån förutsättningar avseende<br />
energipris, huruvida fjärrvärme redan är framdraget i området samt hur stora behoven<br />
av värme <strong>och</strong> varmvatten är. Beskrivningarna av förutsättningar <strong>och</strong> kombinationer<br />
av dem är förenklingar <strong>och</strong> de givna förslagen måste ses som en vägledning kring vad<br />
man bör tänka på, men där det finns gränsfall <strong>och</strong> fall där någon annan lösning är<br />
lämpligare på grund av andra faktorer.<br />
Tabell 5. Vägledning för val av kopplingsprinciper i småhus beroende på<br />
förutsättningar.<br />
Energipris <strong>Fjärrvärme</strong><br />
framdraget i<br />
området?<br />
Liten skillnad mellan<br />
el <strong>och</strong> FV<br />
Liten skillnad mellan<br />
el <strong>och</strong> FV<br />
Liten skillnad mellan<br />
el <strong>och</strong> FV<br />
FV-pris betydligt<br />
lägre än elpris<br />
FV-pris betydligt<br />
lägre än elpris<br />
35<br />
Värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov<br />
Ja/nej Stort värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov<br />
Ja Stort eller<br />
genomsnittligt<br />
värmebehov, litet<br />
varmvattenbehov.<br />
Nej Litet värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov<br />
Ja/nej Stort eller<br />
genomsnittligt<br />
värmebehov<br />
Ja Litet värme- <strong>och</strong><br />
varmvattenbehov<br />
Förslag<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON<br />
FV <strong>och</strong> VP till både<br />
värme <strong>och</strong> VV.<br />
Princip 5.1.2<br />
FV&VP/FV&VP.<br />
FV bara till värme.<br />
Princip 5.2.1<br />
FV&VP/VP.<br />
Bara VP. (Antagligen<br />
inte lönsamt att dra<br />
fram fjärrvärme.)<br />
VP endast till värme.<br />
Princip 5.3.1<br />
FV&VP/FV.<br />
Bara FV.<br />
(Värmeåtervinning<br />
kan ev. ske med FTX<br />
istället.)
6 DISKUSSION<br />
Om <strong>och</strong> hur fjärrvärme <strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong> bör kombineras varierar kraftigt med<br />
förutsättningar såsom storlek på fastighet, energianvändning, energipriser <strong>och</strong><br />
(framförallt för nya byggnader) energikrav. I kapitel 4.4 <strong>och</strong> 5.5 har vägledning för att<br />
välja teknisk lösning getts för flerbostadshus respektive småhus. <strong>Fjärrvärme</strong>leverantören<br />
kan till viss del påverka vad fastighetsägaren väljer genom sin<br />
prismodell <strong>och</strong> genom var nya fjärrvärmeledningar dras.<br />
Många i fjärrvärmebranschen är oroliga för <strong>frånluftsvärmepump</strong>ars negativa påverkan<br />
på nätet. Tas hänsyn till vägledning i den här rapporten kommer returtemperaturen att<br />
påverkas mycket mindre negativt än med en del andra lösningar som förekommer.<br />
Variation i fjärrvärmelaster över året kan vara problematiskt, speciellt i nät med stor<br />
andel spillvärme eller avfallsförbränning. Dessa variationer är antagligen svårare att<br />
påverka genom rekommendationer, då olika kopplingsprinciper kan ge stora<br />
kostnadsskillnader. För att påverka fastighetsägare att använda lösningar som ger<br />
mindre variationer är det viktigt att fjärrvärmepriset är tillräckligt mycket lägre än<br />
elpriset, främst sommartid, så att varmvatten kan levereras året runt (jämför med<br />
kapitel 4.4 <strong>och</strong> 5.5). Hur krav på energianvändning från Boverket <strong>och</strong> andra aktörer<br />
utvecklas har också stor betydelse, speciellt i ny bebyggelse. Som elvärme <strong>och</strong> annan<br />
värme värderas i nuläget är det oftast lättare att klara kraven med värmepump<br />
inkopplad till både värme <strong>och</strong> varmvatten (se även kapitel 2.1.3).<br />
Vid Göteborg Energi (Gunnar Nilsson) har Inspecta identifierat en säkerhetsmässig<br />
risk vid kombinationer av värmesystem. Om ventiler i fjärrvärmeledningarna stängs<br />
(t.ex. för underhåll) kan dessa värmas ”bakvägen” av värmepumpen (eller annan<br />
värmekälla) så att trycket stiger okontrollerat. Någon form av avsäkring behövs för att<br />
säkerställa att detta inte sker.<br />
Det som främst har diskuterats i rapporten är principerna för hur fjärrvärme <strong>och</strong><br />
<strong>frånluftsvärmepump</strong> kopplas rörmässigt. I <strong>och</strong> med att priser (<strong>och</strong> krav) förändras kan<br />
det ibland vara lönsamt att reglera utrustningen på ett annat sätt än vad som var tänkt<br />
från början, vanligen att värmepumpen används i första hand <strong>och</strong> fjärrvärme går in<br />
när behovet är större. Vid differentierat vinter/sommar-pris på fjärrvärmen <strong>och</strong> en<br />
ekonomiskt optimal styrning kanske inte värmepumpen ska starta förrän vinterpris<br />
införs, vilket skulle kunna vara gynnsamt både för fastighetsägaren <strong>och</strong> för<br />
fjärrvärmeleverantören. Däremot motverkas en sådan driftsoptimering av<br />
energikraven i nuvarande byggregler (BBR19) <strong>och</strong> energideklarationernas<br />
utformning. Vid ett framtida scenario med rörliga <strong>och</strong> tidvis mycket höga elpriser kan<br />
det också vara olönsamt att köra värmepumpen, så att fjärrvärmen kopplas in istället.<br />
Det ger avlastning för elnätet men är inte lika positivt för fjärrvärmenätet då detta<br />
normalt inträffar när efterfrågan även på fjärrvärme är som störst. Ett fjärrvärmepris<br />
36<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
som mer följer elprisets variationer skulle minska risken för denna typ av<br />
suboptimering.<br />
En helt annan variant på kombination av fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump, som vi valt att<br />
inte ta upp i huvudkapitlen därför att det är långt ifrån någon standardlösning <strong>och</strong> för<br />
att förutsättningarna skiljer kraftigt mot det ”normala”, skulle kunna användas i ett<br />
lågtempererat fjärrvärmenät (t.ex. sekundärnät, returvärmenät). Låg temperatur skulle<br />
ge fjärrvärmeleverantören många fördelar (högre verkningsgrad <strong>och</strong> elutbyte i<br />
produktion, mindre värmeförluster, billigare komponenter <strong>och</strong> om temperaturskillnaden<br />
blir större, mindre pumparbete <strong>och</strong> större kapacitet). Räcker temperaturen<br />
då inte till för varmvatten skulle värmepump kunna användas för att spetsa detta.<br />
Tanken är då att fjärrvärme används som huvudsaklig värmekälla <strong>och</strong> att<br />
värmepumpen bara går in när det behövs.<br />
37<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
7 BETECKNINGAR OCH<br />
SYMBOLER<br />
Atemp Uppvärmd area<br />
FC <strong><strong>Fjärrvärme</strong>central</strong><br />
FV <strong>Fjärrvärme</strong><br />
FVP Frånluftsvärmepump<br />
KV Kallvatten<br />
VP Värmepump, syftar i denna rapport allmänt på <strong>frånluftsvärmepump</strong><br />
VV Varmvatten<br />
VVC Varmvattencirkulation<br />
VP<br />
ACK<br />
Värmesystem (radiatorer etc.)<br />
Värmeväxlare<br />
Slingberedare för varmvatten<br />
(Frånlufts)värmepump<br />
Ackumulatortank<br />
Pump<br />
Ventil<br />
<strong>Fjärrvärme</strong>krets<br />
Värmepumpskrets<br />
Värmekrets<br />
Tappvattenkrets<br />
38<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
8 REFERENSER<br />
"<strong>Fjärrvärme</strong>modul FJVM 220 - produktblad", NIBE AB.<br />
"M10569 – FIGHTER 310P/360P med fjärrvärmemodul FJVM 120 -<br />
principschema", NIBE AB.<br />
"IVT 633 Användarhandledning", IVT Industrier AB. 2008.<br />
"<strong><strong>Fjärrvärme</strong>central</strong>en Kopplingsprinciper". 2009:3, <strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong>. 2009.<br />
Boverket: "Regelsamling för byggande, BBR 2012/BBR 19, BFS 2011:6 med<br />
ändringar t.o.m. BFS 2011:26". 2011.<br />
Selinder, P., H. Wallentun <strong>och</strong> H. Zinko: "Kopplingsprinciper för fjärrvärmecentral<br />
<strong>och</strong> <strong>frånluftsvärmepump</strong>". FOU 2003:94, ZW Energiteknik. 2003.<br />
<strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong>: "<strong><strong>Fjärrvärme</strong>central</strong>en. Utförande <strong>och</strong> installation". Tekniska<br />
bestämmelser F:101. 2008.<br />
Sveriges centrum för nollenergihus: "Kravspecifikation för nollenergihus, passivhus<br />
<strong>och</strong> minienergihus Bostäder". 2012.<br />
39<br />
F J Ä R R V Ä R M E C E N T R A L O C H<br />
F R Å N L U F T S V Ä R M E P U M P I K O M B I N A T I ON
Forskning som stärker fjärrvärme <strong>och</strong> fjärrkyla, uppmuntrar konkurrenskraftig affärs- <strong>och</strong><br />
teknikutveckling <strong>och</strong> skapar resurseffektiva lösningar för framtidens hållbara energisystem.<br />
Kunskap från Fjärrsyn är till nytta för fjärrvärmebranschen, kunderna, miljön <strong>och</strong> samhället i<br />
stort. Programmet finansieras av Energi myndigheten tillsammans med fjärrvärmebranschen<br />
<strong>och</strong> omsätter cirka 19 miljoner kronor om året. Mer information finns på www.fjarrsyn.se<br />
fjärrvärmecentral <strong>och</strong><br />
<strong>frånluftsvärmepump</strong> i<br />
kombination<br />
Det har blivit allt vanligare att fjärrvärme kombineras med en <strong>frånluftsvärmepump</strong><br />
för att minska mängden köpt energi i större fastigheter, <strong>och</strong> på<br />
senare år har det också blivit vanligare i småhus.<br />
Här beskrivs olika tekniska lösningar <strong>och</strong> diskuteras under vilka förutsättningar<br />
det kan vara lämpligt att kombinera fjärrvärme <strong>och</strong> värmepump<br />
sett ur fastighetsägarens <strong>och</strong> fjärrvärmeleverantörens perspektiv med tanke<br />
på ekonomi <strong>och</strong> eventuella energibesparingar. De viktigaste parametrarna<br />
handlar om påverkan på returtemperatur, variation i last på fjärrvärmenätet<br />
under olika delar av året, värmepumpens värmefaktor <strong>och</strong> lösningens komplexitet<br />
kopplad till funktion <strong>och</strong> kostnader.<br />
I slutet av rapporten ges en vägledning för flerbostadshus respektive småhus.<br />
Vilken lösning som är mest ekonomisk för fastighetsägaren beror på de<br />
aktuella förutsättningarna. Det kan till exempel handla om vilket energibehov<br />
fastigheten har <strong>och</strong> relationen mellan priset på el <strong>och</strong> fjärrvärme.<br />
<strong>Svensk</strong> <strong>Fjärrvärme</strong> • 101 53 Stockholm • Telefon 08-677 25 50 • Fax 08-677 25 55<br />
Besöksadress: Olof Palmes gata 31, 6 tr. • E-post fjarrsyn@svenskfjarrvarme.se • www.fjarrsyn.se