Foerbaettrad teknik foer fjaerrvaerme till byggnader - rapport 2010-2
Foerbaettrad teknik foer fjaerrvaerme till byggnader - rapport 2010-2
Foerbaettrad teknik foer fjaerrvaerme till byggnader - rapport 2010-2
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
förbättrad <strong>teknik</strong> för<br />
fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong><br />
med vattenburna värmesystem<br />
<strong>rapport</strong> <strong>2010</strong>:2<br />
0 5 10 15
förbättrad <strong>teknik</strong> för<br />
fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med<br />
vattenburna värmesystem<br />
patrick lauenburg<br />
doktorsavhandling<br />
avdelningen för energihushållning<br />
institutionen för energivetenskaper<br />
lunds tekniska högskola<br />
lunds universitet<br />
2009<br />
följande <strong>rapport</strong> utgör en svensk version<br />
av doktorsavhandlingen improved supply<br />
of district heat to hydronic space heating<br />
systems.<br />
ISBN ISBN 978-91-7381-067-8<br />
© <strong>2010</strong> Svensk Fjärrvärme AB
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
förord<br />
Doktorsavhandlingen beskriver olika åtgärder på bland annat kundens sekundära värmesystem<br />
som är anslutet <strong>till</strong> fjärrvärmesystemet via ett aggregat (fjärrvärmecentralen)<br />
så kallad indirekt anslutning.<br />
Syftet med avhandlingen har varit att analysera värmeleveransers <strong>till</strong>förlitlighet och<br />
att förbättra avkylningen i fjärrvärmecentralen genom reglerstrategier och olika kopplingsprinciper.<br />
Patrik Lauenburg visar på ny kunskap om hur byggnaden kan <strong>till</strong>godogöra sig<br />
fjärrvärme under elvabrott när andra typer av energikällor som är beroende av el inte<br />
fungerar dvs. robust <strong>till</strong>förlitlighet under varierande driftförhållanden. Genom att<br />
utnyttja fjärrvärmecentralens termodynamiska egenskaper där självcirkulation uppnås<br />
kan större delen av byggnadens värmebehov <strong>till</strong>godoses.<br />
Studien belyser även andra innovativa idéer på åtgärder som kan minska kundens<br />
elberoende, <strong>till</strong> exempel turbindriven cirkulationspump.<br />
Arbete har genomförts av doktorand Patrik Lauenburg och handledare Janusz<br />
Wollerstrand, Lunds tekniska högskola. Till projektet har det funnits en referensgrupp<br />
bestående av en representant från <strong>teknik</strong>rådet, Holger Feurstein, Ringsjö Energi och<br />
Conny Håkansson Svensk Fjärrvärme.<br />
Projektet har ingått i forskningsprogrammet Fjärrsyn som finansieras av Svensk<br />
Fjärrvärme och Energimyndigheten. Fjärrsyns mål är att bland annat att utveckla <strong>teknik</strong>en,<br />
driftoptimera fjärrvärme och fjärrkyla för att stärka konkurrenskraften genom en<br />
mer anpassad behovsstyrd forskning.<br />
Eva-Katrin Lindman<br />
Ordförande i Svensk Fjärrvärmes <strong>teknik</strong>råd<br />
Rapporten redovisar projektets resultat och slutsatser. Publicering innebär inte att<br />
Svensk Fjärrvärme eller Fjärrsyns styrelse har tagit ställning <strong>till</strong> innehållet.<br />
4
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
sammanfattning<br />
Studierna som presenteras i denna avhandling berör värmesystem som är anslutna <strong>till</strong><br />
ett fjärrvärmenät via värmeväxlare, så kallad indirekt anslutning. Syftet är att studera<br />
<strong>till</strong>förlitligheten i fjärrvärmeleveranser och att förbättra avkylningen i fjärrvärmecentraler.<br />
Två av nackdelarna med indirekt anslutning har behandlats: den termodynamiska<br />
förlusten och elberoendet som användningen av värmeväxlare innebär. Resultaten visar<br />
att inverkan av dessa nackdelar kan minskas genom att använda varianter av så kallade<br />
lågflödesinjusteringar av värmesystem.<br />
Beträffande <strong>till</strong>förlitliga fjärrvärmeleveranser så har arbetet lett <strong>till</strong> ny kunskap om<br />
fjärrvärme<strong>teknik</strong>ens elberoende. En betydande värmeförsörjning kan upprätthållas i de<br />
flesta typer av <strong>byggnader</strong> i händelse av ett elavbrott eftersom självcirkulation kan uppstå<br />
i många värmesystem. En turbindriven cirkulationspump har potential att ytterligare<br />
minska elberoendet.<br />
Beträffande god avkylning av fjärrvärmevatten, vilket är ett viktigt prestandamått<br />
för fjärrvärmecentraler, så har en ny reglermetod för värmesystem visat potential att<br />
kunna sänka returtemperaturen. Metoden innebär reglering av både framtemperatur<br />
och flöde i systemet. Möjligheten att förbättra avkylningen genom olika kopplingsprinciper<br />
i fjärrvärmecentraler har också studerats.<br />
Nyckelord: Fjärrvärme, värmesystem, självcirkulation, avkylning, returtemperatur<br />
5
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
summary<br />
The studies presented in this thesis concern hydronic space heating systems connected<br />
via heat exchangers to a district heating network: referred to as an indirect connection.<br />
The objective has been to improve the reliability of district heat supplies and to lower<br />
the return temperature from consumer substations. Two of the disadvantages of an<br />
indirect connection have been addressed: the thermodynamic loss and the local dependency<br />
on electricity involved during the use of a heat exchanger. The results show that<br />
the influence of these disadvantages can be reduced by employing several variants of<br />
so-called low-flow processes in hydronic heating systems.<br />
Concerning the reliability of district heat supplies, the present work has led to new<br />
knowledge regarding the dependence of the district heating technology on electricity. A<br />
substantial heat supply can be maintained in numerous buildings in case of an electric<br />
power failure since natural circulation can be expected to take place in the heating systems.<br />
A turbine-driven circulation pump has the potential to further reduce the dependence<br />
on electricity.<br />
Concerning a low return temperature from consumer substations, which is a key<br />
performance measure for district heating substations, a new method for the control of<br />
the heating system has demonstrated a potential of reducing the district heating return<br />
temperature. The method involves the control of both the supply temperature and the<br />
flow rate in the heating system. The possibility of achieving a low return temperature<br />
from different connection schemes of the substation has also been studied.<br />
Keywords: District heating, hydronic space heating, natural circulation, low return<br />
temperature<br />
6
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
erkännanden<br />
Många personer har deltagit i och hjälpt <strong>till</strong> med följande arbete, och jag är samtliga<br />
mycket tacksam.<br />
Tack <strong>till</strong>:<br />
Min handledare, Svend Frederiksen, som gav mig möjligheten att bedriva mina forskarstudier<br />
vid avdelningen, delat med sig av sina oerhörda kunskaper om fjärrvärme och<br />
väglett mig genom arbetet.<br />
Min biträdande handledare, Janusz Wollerstrand, för (nästan) dagliga diskussioner,<br />
tålamod med en ofta förvirrad doktorand, och som delat med sig av sitt stora tekniska<br />
kunnande.<br />
Per-Olof Johansson, för alla timmar som har spenderats i smutsiga källarutrymmen,<br />
framför datorn med att skriva artiklar och bygga datormodeller och, sist men inte<br />
minst, med att dricka kaffe.<br />
Projektledaren för projektet om fjärrvärme vid elavbrott, Lennart Lindsjö, och referensgruppen,<br />
Lennart Andersson, Jan Berglund, Conny Håkansson, Kurt Ericsson, Egon<br />
Lange och Jan-Peter Stål, för ert värdefulla stöd, och Anna Envall Lundberg, kommunikatör<br />
för projektet.<br />
Harald Andersson på E.ON, som kom på idén att studera självcirkulation och som<br />
initierade projektet.<br />
Ordförande och medlemmar av the Scientific Committe of the Nordic Energy Research<br />
Programme “Primary Energy Efficiency”, Rolf Ulseth, och projektgruppen, Carl-Johan<br />
Fogelholm, Olafur Petur Palsson, Andres Siirde, och Lars Gullev, samt doktorandkollegorna<br />
Monica Berner, Thomas Kohl, Marta Ros Karlsdottir och Eduard Latosov, för<br />
stöd och intressanta seminarier.<br />
Referensgruppen i projektet om adaptiv reglering, Kjell Andersson, Holger Feurstein,<br />
Gunnar Nilsson, Östen Tordenmalm, Robert Duimovich, Lars Hansson och Hampus<br />
Ekvall, för värdefulla råd.<br />
Hans Magnusson på Karlshamnsbostäder, för hjälp i projektet om adaptiv reglering<br />
genom att alltid göra våra besök i Karlshamn <strong>till</strong> ett nöje.<br />
Christian Johansson och Fredrik Wernstedt på BTH/Noda IS AB, för all hjälp i Karlshamn<br />
och för att vi fick använda er utrustning.<br />
Karlshamn Energi AB och Alfa Laval AB för hjälp i projektet med adaptiv reglering.<br />
Göteborg Energi AB och Grundfos A/S för hjälp med projektet om den turbindrivna<br />
pumpen.<br />
All driftspersonal och annan personal som gjort det möjligt att genomföra alla experiment.<br />
Alla kollegor på min avdelning, Lennart Thörnqvist, Jurek Pyrko, Fahrad Derakhshan<br />
och Tommy Persson (som hjälpte mig under mitt första år innan han slutade), och alla<br />
på institutionen, speciellt Magnus Fast och Klas Jonshagen, för ert goda sällskap.<br />
Svensk Fjärrvärme AB samt Energimyndigheten, Nordic Energy Research, E.ON Värme<br />
Sverige AB, Malmö Stad, Stadsfastigheter, MKB Fastighet AB och Göteborg Energi AB<br />
för finansiering.<br />
Min familj: mamma, pappa och bror, och den mest betydelsefulla personen för mig, min<br />
fru Sofi, för ert stöd!<br />
7
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
publikationer i avhandlingen<br />
Avhandlingen är baserad på följande artiklar. Artiklarna återfinns som bilaga. Observera<br />
att jag ändrade mitt efternamn under 2008, från Ljunggren <strong>till</strong> Lauenburg.<br />
Artikel I Optimised space heating system operation with the aim of lowering<br />
the primary return temperature<br />
Ljunggren, P., Johansson, P.-O., Wollerstrand, J.<br />
Conference proceedings från 11 th International Symposium on District<br />
Heating and Cooling, 2008, Reykjavik, Island.<br />
Artikel II Obstacles for natural circulation in heating systems, connected to<br />
district heating via heat exchangers, during a power failure<br />
Johansson, P.-O., Ljunggren, P., Wollerstrand, J.<br />
Conference proceedings från 11 th International Symposium on District<br />
Heating and Cooling, 2008, Reykjavik, Island.<br />
Artikel III Modelling space heating systems connected to district heating in case<br />
of electric power failure<br />
Lauenburg, P., Johansson, P.-O., Wollerstrand, J.<br />
Conference proceedings från Building Simulation 2009 (11 th International<br />
Building Performance Simulation Association Conference and<br />
Exhibition), Glasgow, Skottland.<br />
Artikel IV A turbine-driven circulation pump in a district heating substation<br />
Wollerstrand, J., Lauenburg, P., Frederiksen, S.<br />
Conference proceedings från ECOS 2009 (22 nd International Conference<br />
on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental<br />
Impact of Energy Systems), Foz do Iguaçu, Brasilien.<br />
Artikel V Improved cooling of district heating water in substations by using<br />
alternative connection schemes<br />
Johansson, P.-O., Lauenburg, P., Wollerstrand, J.<br />
Conference proceedings från ECOS 2009 (22 nd International Conference<br />
on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental<br />
Impact of Energy Systems), Foz do Iguaçu, Brasilien.<br />
Artikel VI District heating in case of power failure<br />
Lauenburg, P., Johansson, P.-O., Wollerstrand, J.<br />
Article in press, accepted manuscript, Applied Energy (2009).<br />
Artikel VII Adaptive control of radiator systems for a lowest possible district heating<br />
return temperature<br />
Lauenburg, P., Wollerstrand, J.<br />
Submitted for publication (2009).<br />
8
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
erkännanden<br />
Andra relevanta publikationer av författaren:<br />
Cascading in District Heating Substations – in Pursuit of Low Return Temperatures<br />
Ljunggren, P., Wollerstrand, J., Frederiksen, S.<br />
Conference proceedings från 9 th International Symposium on District Heating and Cooling,<br />
2004, Espoo, Finland.<br />
Optimal och robust drift av fjärrvärmecentraler – avkylning och egenskaper vid elavbrott<br />
Ljunggren, P.<br />
Licentiatavhandling, Institutionen Energivetenskaper, Lunds Universitet, LTH, 2006.<br />
District heating supplies during a power failure<br />
Ljunggren, P.<br />
Presentation vid 33 rd Euroheat & Power Congress “CHP/DHC: building our future”,<br />
18-19 Juni 2007, Köpenhamn, Danmark.<br />
Fjärrvärme vid elavbrott – slut<strong>rapport</strong><br />
Lauenburg, P., Johansson, P.-O.<br />
Projekt<strong>rapport</strong>, Institutionen Energivetenskaper, Lunds Universitet, LTH, 2008.<br />
Fjärrvärme vid elavbrott<br />
Lauenburg, P.<br />
Energi & Miljö (2009) vol. 80(2/09).<br />
Fältförsök med adaptiv reglering av radiatorsystem<br />
Wollerstrand, J., Lauenburg, P.<br />
Fjärrsyn<strong>rapport</strong> 2009:19, Svensk Fjärrvärme, 2009.<br />
9
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
populärvetenskaplig<br />
sammanfattning<br />
I ett fjärrvärmesystem produceras varmvatten centralt och distribueras <strong>till</strong> användare<br />
via ett rörnät. Fjärrvärme innebär att man kan uppnå bättre rökgasrening, att man inte<br />
är bunden <strong>till</strong> ett visst energislag och att det är möjligt att använda energi som annars<br />
skulle gå <strong>till</strong> spillo, t ex restvärme från en industri eller från elproduktion. Ett enkelt,<br />
bränsleeldat kraftverk kan bara omvandla en begränsad del av den <strong>till</strong>förda energin <strong>till</strong><br />
el medan huvuddelen normalt kyls bort. I ett s.k. kraftvärmeverk <strong>till</strong>varatas däremot<br />
restvärmen och distribueras i ett fjärrvärmenät.<br />
Fjärrvärmen är väl utbyggd i Sverige och svarar för 90 % av uppvärmningen av våra<br />
flerbostadshus. År 1980 stod olja för 90 % av den <strong>till</strong>förda energin <strong>till</strong> den svenska<br />
fjärrvärmen medan biobränsle och restvärme idag står för 76 %. Internationellt har<br />
fjärrvärmen betydande marknadsandelar främst i de skandinaviska länderna och i en<br />
del länder i centrala och östra Europa. Fjärrvärme förekommer i mindre utsträckning<br />
i andra länder, bland annat i USA. Idag svarar fjärrvärme för 6 % av uppvärmningen i<br />
Europa men är under uppgång. Möjligheterna är oerhörda med tanke på att värmeförlusterna<br />
i den europeiska energibalansen (som främst uppstår i bränsleeldade kraftverk)<br />
är större än slutanvändningen av värme.<br />
Distribution /<br />
Fjärrvärmenät<br />
Produktionsanläggning<br />
Fjärrvärmecentral<br />
Värme<br />
Tappvarmvatten<br />
Ett fjärrvärmesystem består av flera olika delar: produktion, distribution och användare.<br />
Värme överförs <strong>till</strong> byggnaden i fjärrvärmecentralen.<br />
Studierna i denna avhandling berör två teman inom fjärrvärmeforskningen – <strong>till</strong>förlitlighet<br />
och god avkylning – med fokus på värmesystem med indirekt fjärrvärmeanslutning.<br />
Det sistnämnda innebär att värme överförs från fjärrvärmevattnet <strong>till</strong> byggnadens<br />
värmesystem via en värmeväxlare. Metoden används bland annat i Sverige och denna<br />
avhandling fokuserar på hur några av nackdelarna med indirekt anslutning kan minimeras.<br />
Angående <strong>till</strong>förlitlighet har möjligheterna att leverera fjärrvärme vid ett långvarigt<br />
elavbrott studerats. Det visade sig att det finns goda möjligheter <strong>till</strong> självcirkulation i<br />
de anslutna värmesystemen, vilket uppstår då det finns en <strong>till</strong>räckligt stor temperaturskillnad<br />
mellan fram- och returledningen i ett värmesystem eftersom varmt vatten väger<br />
mindre än kallt. Om det finns reservkraft för att upprätthålla produktion och distribution<br />
av fjärrvärme kan värme överföras <strong>till</strong> byggnaden trots att cirkulationspumpen i<br />
fjärrvärmecentralen i byggnaden slutar att fungera. Resultaten visar att de allra flesta<br />
10
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
<strong>byggnader</strong> kan få betydande självcirkulation vid ett elavbrott, vilket innebär att man<br />
normalt klarar flera dygn innan en eventuell evakuering blir nödvändig.<br />
För att minimera effekten av ett omfattande elavbrott pågår arbete för att under<br />
ett avbrott kunna etablera ett mindre elnät genom att utnyttja lokal elproduktion. För<br />
ett kraftvärmeverk är det ofta en förutsättning att restvärme från elproduktionen kan<br />
tas emot av fjärrvärmenätet. Det var tidigare oklart huruvida detta var möjligt vid ett<br />
elavbrott, men har nu alltså visat sig vara det.<br />
God avkylning, d v s en så stor temperaturskillnad mellan fram- och returledning<br />
som möjligt, har varit ett ständigt aktuellt tema inom fjärrvärmeforskningen. På så sätt<br />
behöver mindre vatten pumpas runt, vilket sparar energi och frigör kapacitet i näten.<br />
En låg returtemperatur gynnar dessutom verkningsgraden i vissa typer av produktionsanläggningar,<br />
t ex pannor med rökgaskondensering. God avkylning kan även ge möjlighet<br />
<strong>till</strong> en sänkt framledningstemperatur vilket innebär en positiv effekt för kraftvärmeverk<br />
som då kan producera mer el och för restvärme som kan utnyttjas bättre. Sänkta<br />
temperaturer i fjärrvärmenäten minskar också värmeförlusterna från rören.<br />
Med syfte att förbättra avkylningen har en metod för bättre reglering av värmesystem<br />
utvecklats. För varje utetemperatur bestäms den kombination av framledningstemperatur<br />
och flöde i värmesystemet som ger bästa möjliga avkylning av fjärrvärmevattnet.<br />
11
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
innehåll<br />
introduktion 13<br />
Bakgrund 13<br />
Syfte 13<br />
Begränsningar 14<br />
Avhandlingens upplägg 14<br />
översikt om fjärrvärme 16<br />
Grundläggande om fjärrvärme 16<br />
Produktion 17<br />
Distribution 17<br />
Fjärrvärmecentraler 17<br />
Direkt respektive indirekt anslutning 18<br />
Kopplingsprinciper 19<br />
byggnadsinterna system med fjärrvärmeanslutning 20<br />
Tappvarmvatten 20<br />
Rumsuppvärmning 20<br />
Värmesystemets reglering 20<br />
Systemtemperaturer 21<br />
Några innovationer på området 23<br />
vikten av låga temperaturer i fjärrvärmesystem 26<br />
Definition 26<br />
Varför viktigt? 26<br />
Höga returtemperaturer på grund av felaktigheter i fjärrvärmecentraler 27<br />
Låga returtemperaturer i fjärrvärmecentraler 28<br />
Värmesystemets inverkan på den primära returtemperaturen 28<br />
fjärrvärmeleverans och <strong>till</strong>gänglighet 30<br />
Fjärrvärme – generellt <strong>till</strong>förlitligt 30<br />
Elavbrott 30<br />
Självcirkulation kan mildra elberoende 32<br />
En turbindriven pump kan ytterligare minska elberoendet 34<br />
metod 35<br />
avslutande diskussion 36<br />
Reflexioner kring studierna syftande <strong>till</strong> en sänkt returtemperatur 36<br />
Reflexioner kring studierna fjärrvärmens elberoende 36<br />
Förslag på fortsatt studie om kontinuerlig drift med en turbindriven pump 37<br />
referenser 41<br />
12
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
introduktion<br />
Bakgrund<br />
Fjärrvärme innebär produktion av varmvatten i en eller flera produktionsenheter samt<br />
distribution <strong>till</strong> användare via ett rörnät. Motsatsen <strong>till</strong> detta är lokal värmeproduktion<br />
där varje användare har sin egen värmekälla. Produktion i få, men stora, produktionsanläggningar<br />
kan ge fördelar i form av lägre utsläpp och högre verkningsgrad. En<br />
annan fördel är att fjärrvärme<strong>teknik</strong>en inte är bunden <strong>till</strong> en särskild energikälla, vilket<br />
gör det möjligt att använda energi som annars skulle gå <strong>till</strong> spillo. Fjärrvärme<strong>teknik</strong>en<br />
är i många länder intimt förknippad med kraftvärme, det vill säga kraftproduktion där<br />
restvärmet <strong>till</strong>varatas och distribueras via ett fjärrvärmenät vilket bidrar <strong>till</strong> ett effektivt<br />
användande av energiresurser.<br />
Fjärrvärme kan anses vara en mogen <strong>teknik</strong>. Det finns emellertid många områden<br />
som kan utvecklas och förbättras. Fjärrvärmeforskning bedrivs inom olika discipliner:<br />
ekonomi, politik och <strong>teknik</strong>, och berör marknadsföring, expansion och effektivitet av<br />
fjärrvärmesystem. Detta innebär i sin tur produktion, distribution och användning av<br />
fjärrvärme. Studierna som presenteras i denna avhandling berör uppvärmningssystem<br />
med så kallad indirekt fjärrvärmeanslutning, det vill säga via värmeväxlare, med syfte<br />
att förbättra <strong>till</strong>gängligheten i fjärrvärmeleveranser och att förbättra avkylningen i fjärrvärmecentraler.<br />
Beträffande <strong>till</strong>gänglighet i fjärrvärmeleveranser har arbetet lett fram <strong>till</strong> ny kunskap<br />
beträffande fjärrvärmens elbehov. Beträffande god avkylning i fjärrvärmecentraler,<br />
vilket är ett viktigt prestandamått för fjärrvärmecentraler, har en ny reglermetod visat<br />
potential att sänka fjärrvärmereturtemperaturen. Möjligheten att förbättra avkylningen<br />
genom innovativa kopplingsprinciper i fjärrvärmecentraler har också studerats.<br />
En fjärrvärmecentral kan konstrueras för indirekt eller direkt anslutning av värmesystemet,<br />
det vill säga huruvida en värmeväxlare hydrauliskt skiljer primärsidans<br />
(fjärrvärmenätets) och sekundärsidans (byggnadens) flöden. I Sverige, och i en del andra<br />
länder, dominerar indirekt anslutning. Båda metoderna har självfallet både för- och<br />
nackdelar. I detta arbete har indirekt anslutning förutsatts och två av metodens nackdelar<br />
har studerats närmare: den termodynamiska förlusten och det lokala beroendet av<br />
elektricitet som användandet av en värmeväxlare innebär.<br />
Resultaten som presenteras här visar att inverkan av dessa nackdelar kan minimeras<br />
genom användandet av varianter av så kallade lågflödessystem i värmesystem.<br />
Syfte<br />
Syftet med studierna var att undersöka och presentera nya aspekter på det som vanligtvis<br />
kallas lågflödessystem i fjärrvärmeanslutna värmesystem avseende <strong>till</strong>gänglighet och<br />
god avkylning av fjärrvärmevatten. Avsikten med arbetet har därmed varit att minimera<br />
vissa av nackdelarna med indirekt anslutning, det vill säga den termodynamiska förlusten<br />
såväl som <strong>till</strong>gängligheten beträffande elberoende.<br />
Tillgänglighet avser således att utforska möjligheten att upprätthålla värme<strong>till</strong>förseln<br />
i fjärrvärmesystem i händelse av ett omfattande elavbrott genom de mycket låga radiatorflöden<br />
som kan uppstå genom självcirkulation i värmesystem. Studierna kring detta<br />
ämne presenteras i Artikel II, Artikel III, Artikel IV och Artikel VI.<br />
13
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
God avkylning av fjärrvärmevatten avser att utforska möjligheterna att uppnå en så<br />
låg primär returtemperatur som möjligt för en given primär framtemperatur, vilket ofta<br />
leder <strong>till</strong> en minskad användning av primära energiresurser. I studien som presenteras i<br />
Artikel V, undersöktes alternativa kopplingsprinciper för fjärrvärmecentraler och deras<br />
inverkan på avkylningen. I Artikel I och Artikel VII presenteras en ny regleralgoritm<br />
för fjärrvärmeanslutna värmesystem. Reglermetoden använder en optimal kombination<br />
av framtemperatur och ett lågt, variabelt flöde i värmesystemet i syfte att åstadkomma<br />
lägsta möjliga primära returtemperatur.<br />
Figur 1 illustrerar syftet med avhandlingsarbetet.<br />
Värmesystem med indirekt<br />
fjärrvärmeanslutning<br />
- Negativ<br />
inverkan både<br />
på produktion<br />
och distribution<br />
av<br />
fjärrvärme<br />
- Leder <strong>till</strong> ökad<br />
användning av<br />
primärenergi<br />
Högre returtemperatur<br />
- Utveckla adaptiv<br />
algoritm som använder<br />
variabelt flöde<br />
- Undersöka olika<br />
kopplingsprinciper<br />
Nackdelar<br />
Dyrare<br />
Möjligheter<br />
att mildra<br />
nackdelar:<br />
Låga flöden<br />
i radiatorsystem<br />
Elberoende<br />
- Undersöka möjligheter<br />
för självcirkulation<br />
- Möjligt komplement:<br />
en turbindriven<br />
cirkulationspump<br />
- Känsligt för<br />
elavbrott<br />
- Använder el,<br />
dvs ökad<br />
användning av<br />
primärenergi<br />
Figur 1 Syftet med avhandlingen.<br />
Baserat på tidigare arbeten på området, både svenskt och internationellt, utfördes studierna<br />
med stöd av datorberäkningar och praktiska experiment i ett flertal olika <strong>byggnader</strong>.<br />
Begränsningar<br />
Som redan nämnts är en viktig begränsning med arbetet att indirekt fjärrvärmeanslutning<br />
för värmesystem har förutsatts, likaså har tappvarmvattenberedning med genomströmningsberedare.<br />
Vidare har ingen ekonomisk utvärdering av de erhållna resultaten<br />
gjorts.<br />
Avhandlingens upplägg<br />
I avhandlingens första del presenteras en översikt av vissa delar av fjärrvärme<strong>teknik</strong>en<br />
som är relevant för studierna som presenteras i artiklarna. Avsikten har varit att,<br />
baserat på en sammanställning av vad som i huvudsak gjorts under senare år, peka på<br />
hur föreliggande arbete har bidragit <strong>till</strong> utvecklingen. Avhandlingens andra del utgörs<br />
av artiklarna.<br />
14
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Nästa kapitel ger relevant bakgrundsinformation om fjärrvärme i allmänhet, de<br />
olika delarna av systemet och skillnaden mellan direkt och indirekt anslutning av värmesystem.<br />
Detta följs av ett kapitel om byggnadsinterna system, främst avseende rumsuppvärmning,<br />
med fokus på de aspekter som är relevanta för studierna som presenteras<br />
i artiklarna. Kapitlet inkluderar en kort översikt beträffande innovationer på området<br />
under senare år.<br />
Det därpå följande kapitlet ägnas åt vikten av låga temperaturer i fjärrvärmesystem<br />
och de parametrar som påverkar dessa. Därefter diskuteras begreppet <strong>till</strong>gänglighet i<br />
fjärrvärmesystem med fokus på elberoende.<br />
Detta följs av ett kort kapitel om metod och några avslutande reflexioner och kommentarer<br />
om fortsatta studier. Artiklarna ligger som bilaga, sist i avhandlingen.<br />
15
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
översikt om fjärrvärme<br />
Detta kapitel avser att ge relevant bakgrundsinformation beträffande fjärrvärme<strong>teknik</strong>en.<br />
Där inga specifika referenser har getts, kan den presenterade informationen betraktas<br />
som allmänt känd fjärrvärmekunskap, något som beskrivits i detalj i bland annat en<br />
lärobok av Frederiksen och Werner [21].<br />
Grundläggande om fjärrvärme<br />
En del fördelar med fjärrvärme nämndes redan i introduktionen, <strong>till</strong> exempel den<br />
generellt höga verkningsgraden med avseende på användning av primära energiresurser.<br />
Lågvärdig energi, såsom restvärme från kraftproduktion, industriella processer,<br />
avfallsförbränning, sol och geotermi, som annars skulle gå <strong>till</strong> spillo eller vara svåra att<br />
nyttiggöra, kan överföras <strong>till</strong> användare i ett fjärrvärmesystem.<br />
I fjärrvärmeanslutna <strong>byggnader</strong> används fjärrvärmevattnet i första hand <strong>till</strong> rumsuppvärmning<br />
och tappvarmvatten. Andra ändamål inkluderar <strong>till</strong> exempel torkkretsar,<br />
kyla och industriella applikationer. Fjärrvärmevattnet kan användas direkt i det byggnadsinterna<br />
systemet eller värme kan överföras <strong>till</strong> de byggnadsinterna systemen via<br />
värmeväxlare.<br />
Fjärrvärme är vanligt i Sverige med en marknadsandel på 90 procent för uppvärmning<br />
och tappvarmvatten i flerbostadshus. I lokal<strong>byggnader</strong> används också fjärrvärme i<br />
stor utsträckning medan andelen bland småhus är relativt låg. Totalt svarar fjärrvärme<br />
för 54 procent av energin som används för rumsuppvärmning och tappvarmvatten<br />
i Sverige. [68] År 1980 stod olja för 90 procent av den <strong>till</strong>förda energin <strong>till</strong> fjärrvärmeproduktionen<br />
i Sverige. Idag svarar biobränsle, avfall, torv och restvärme för 76<br />
procent [67]. Fjärrvärme har därmed klart bidragit <strong>till</strong> ett skifte ifrån olja i den svenska<br />
byggnadssektorn.<br />
Andra länder med betydande marknadsandelar för fjärrvärme finns i Skandinavien<br />
och östra Europa. Emellertid finns fjärrvärmesystem i många städer i vissa länder i<br />
västra Europa och i USA. De största fjärrvärmevolymerna återfinns i Ryssland och<br />
Tyskland. Den totala marknadsandelen i Europa uppgår <strong>till</strong> endast sex procent men den<br />
ökar. Potentialen är oerhörd med tanke på att värmeförlusterna i den europeiska energibalansen<br />
(vilka främst uppstår i bränsleeldade kraftverk) är större än slutanvändningen<br />
av värme. Det finns även en stor potential att spara energi genom fjärrvärmebaserad<br />
kyla och fjärrkyla (central produktion av kyla) med tanke en kraftigt ökande efterfrågan<br />
på komfortkyla som idag främst baseras på eldriven kompressorkyla. Fjärrkyla<br />
ökar både i Sverige och internationellt. Uppgifterna i detta stycke är hämtade från<br />
Ecoheatcool-projektet [14].<br />
En fördel med fjärrvärme, som ofta lyfts fram, är möjligheten att använda energi<br />
som är svår att nyttiggöra eller som annars skulle gå förlorad, såsom restvärme eller<br />
lågvärdigt värme. Centraliserad värmeproduktion innebär även bättre möjligheter <strong>till</strong><br />
effektiv förbränning och rökgasrening. Werner [77] har uppskattat att fjärrvärme och<br />
kraftvärme minskar världens koldioxidutsläpp med 3-4 procent, trots en marknadsandel<br />
på 3,5 procent av världens energianvändning. En nackdel med fjärrvärme<strong>teknik</strong>en<br />
är den relativt höga investeringskostnaden, i synnerhet i bebyggda områden.<br />
16
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Produktion<br />
Det finns många sätt att producera fjärrvärme. För endast produktion av värme kan<br />
hetvattenpannor användas. I Sverige står sådana för majoriteten av fjärrvärmeproduktionen<br />
[62]. Som nämnts ovan har det <strong>till</strong>förda bränslet skiftat från i huvudsak olja<br />
<strong>till</strong> trädbränslen [67]. Idag är pannor i regel utrustade med rökgaskondensering vilket<br />
avsevärt höjer verkningsgraden.<br />
Kraftvärme nämns ofta i samband med fjärrvärme. Det innebär samtidig produktion<br />
av el och värme. All termisk kraftproduktion är förknippad med stora värmeförluster<br />
som är svåra att nyttiggöra utan <strong>till</strong>gång <strong>till</strong> ett fjärrvärmenät. Kraftvärme kan betraktas<br />
som nyttiggörande av spillvärme även om elproduktionen minskar något då värmet<br />
avsätts <strong>till</strong> ett fjärrvärmenät.<br />
En annan form av spillvärme i fjärrvärmeproduktion härstammar från industriellt<br />
restvärme. Andra former, såsom spillvärme från reningsverk, kräver emellertid en höjning<br />
av temperaturen för att kunna matcha fjärrvärmenätets temperaturnivå. Värmeproduktion<br />
från avfallsförbränning, geotermi och sol minskar också <strong>till</strong>förseln av<br />
primära energiresurser.<br />
Vanligtvis råder en blandning av olika produktionsslag i ett fjärrvärmesystem. Driften<br />
av de olika produktionsenheterna baseras normalt på principen att den enhet som<br />
har lägst rörlig kostnad används för basproduktion medan den enhet som har högst<br />
rörlig kostnad används för spetslast. Till exempel används avfallsförbränning ofta för<br />
basproduktion medan <strong>till</strong> exempel en oljepanna används för spetslast.<br />
Ackumulering av värme används ofta i anslutning <strong>till</strong> produktionsanläggningar för<br />
att jämna ut och optimera värmeproduktionen, oftast på kortare basis (daglig) men<br />
ibland även på längre basis (säsong). Till exempel kan elutbytet i kraftvärmeverk höjas<br />
om värmeproduktionen inte fullt ut måste justeras för att matcha det aktuella värmebehovet<br />
i nätet.<br />
Distribution<br />
Energin distribueras från produktionen <strong>till</strong> användarna genom ett rörnät där vatten<br />
normalt används som värmebärare. Det förekommer fortfarande fjärrvärmesystem där<br />
ånga används som värmebärare, främst i USA.<br />
Värme<strong>till</strong>förseln i ett fjärrvärmesystem regleras genom differenstrycket (flödet) och<br />
genom framtemperaturen. Normalt används båda för optimal drift, det vill säga låg<br />
returtemperatur och måttliga flöden. För att hantera förväntade lastförändringar kan<br />
nätet även laddas med värmeenergi.<br />
Temperaturnivån varierar i olika länder och mellan olika fjärrvärmenät. I Ryssland<br />
används generellt högre temperaturer (140-170°C), vilket även är fallet i Tyskland<br />
(110-160°C). I Sverige används emellertid lägre temperaturer (100-120°C) och i Danmark<br />
används ofta ännu lägre (80-90°C). [21] [63] [85]<br />
Fjärrvärmecentraler<br />
I fjärrvärmeanslutna <strong>byggnader</strong> finns normalt någon form av fjärrvärmecentral där energi<br />
överförs från fjärrvärmenätet <strong>till</strong> de byggnadsinterna systemen. Här sker ofta även<br />
17
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
värmemängdsmätning. Fjärrvärmecentraler kan utformas på olika sätt, ofta beroende<br />
på regler och traditioner i olika länder. En indelning kan exempelvis göras mellan direkt<br />
och indirekt anslutning av värmesystemet. Den senare innebär att en värmeväxlare hydrauliskt<br />
separerar fjärrvärmenätet och värmesystemet. Vid direkt anslutning cirkulerar<br />
samma vatten i fjärrvärmenätet och i uppvärmningssystemet. På motsvarande sätt kan<br />
tappvarmvattensystemet vara antingen öppet, där tappning av varmvatten innebär att<br />
vatten från fjärrvärmenätet tappas av, eller stängt, där en varmvattenberedare används,<br />
vilket också vanligare.<br />
Direkt respektive indirekt anslutning<br />
Fjärrvärmens utbredning är ojämnt fördelad i världen vilket sannolikt är en bidragande<br />
faktor <strong>till</strong> att <strong>teknik</strong>en i stor utsträckning karakteriseras av nationella standarder. Detta<br />
arbete fokuserar på indirekt fjärrvärmeanslutning av värmesystem därför att det är det<br />
dominerande valet i Sverige och inte för att det nödvändigtvis är bättre i alla avseenden.<br />
Det finns för- och nackdelar med båda metoder. En nackdel med direkt anslutning<br />
är att det innebär en risk i att ett läckage i ett värmesystem får stora konsekvenser och<br />
att det kan vara besvärligt att hantera stora statiska tryckvariationer i nät med stora<br />
höjdskillnader. Dessutom finns en risk i och med det faktum att framtemperaturen är<br />
relativt hög i fjärrvärmenätet. Om inte fjärrvärmenätet håller en <strong>till</strong>räckligt låg tryckoch<br />
temperaturnivå måste dessa minskas för att matcha byggnadens system. Fjärrvärmecentraler<br />
med direkt anslutning är ofta utrustade med en shuntkoppling där återcirkulerat<br />
vatten blandas med inkommande framledning för att reducera temperaturen<br />
och en styrventil för att sänka differenstrycket. Ibland används en strålpump som kan<br />
sänka både temperatur och tryck.<br />
I många länder, <strong>till</strong> exempel Danmark och Tyskland, används både direkt och indirekt<br />
anslutning medan direkt anslutning dominerar i östra och centrala Europa.<br />
Den vanligaste invändningen mot indirekt anslutning är att värmeväxlaren innebär<br />
en termodynamisk förlust på grund av att returtemperaturen från värmeväxlaren alltid<br />
är högre än den inkommande temperaturen från värmesystemet. Förespråkare för indirekt<br />
anslutning menar dock att temperaturskillnaden i den kalla änden av värmeväxlaren,<br />
som ibland benämns grädigkeit, kan hållas liten med dagens plattvärmeväxlare.<br />
Som studierna i Artikel I and Artikel VII försöker visa, så kan grädigkeiten minskas ytterligare<br />
om regleringen av värmesystemet tar hänsyn <strong>till</strong> värmeväxlarens karakteristik.<br />
Bruket av värmeväxlare innebär också en högre kostnad men det är emellertid inte<br />
säkert att den totala kostnaden på installationen behöver bli högre med tanke på att<br />
primärsidans tryck och temperatur behöver anpassas <strong>till</strong> nivån i de sekundära systemen<br />
[21]. En tredje invändning mot indirekt anslutning är elberoendet. Direkt anslutning,<br />
å sin sida, innebär inte per automatik att fjärrvärmekunderna kommer att få värme<br />
levererad i händelse av ett elavbrott; trevägsventiler (shuntkopplingar) och reglerade<br />
strålpumpar kan vara självstängande av säkerhetsskäl, det vill säga för att undvika att<br />
extremt varmt vatten strömmar in i de sekundära systemen, och användningen av cirkulationspumpar<br />
i de sekundära systemen kan vara nödvändiga för en fullgod funktion.<br />
Likväl finns en naturlig potential att förse kunder med fjärrvärme vid direkt anslutning,<br />
förutsatt att produktion och distribution av fjärrvärme kan upprätthållas. Vid<br />
18
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
indirekt anslutning utgör värmeväxlaren ett hinder, som kan te sig omöjligt att överbygga,<br />
för överföringen av värme från fjärrvärmenätet <strong>till</strong> värmesystemet. Efter att ha<br />
studerat ett flertal olika <strong>byggnader</strong>, som presenterats i exempelvis Artikel VI, kan emellertid<br />
slutsatsen dras att självcirkulation har en påtaglig potential att överföra värme <strong>till</strong><br />
byggnaden, trots användandet av värmeväxlare.<br />
Kopplingsprinciper<br />
Kopplingsprinciper är ett annat sätt att kategorisera fjärrvärmecentraler. Vid indirekt<br />
anslutning är det inte ovanligt att någon form av flerstegskoppling används av värmeväxlarna<br />
i fjärrvärmecentralen. Syftet med detta är att utnyttja de olika temperaturnivåerna<br />
i de sekundära systemen för att kyla fjärrvärmeflödet maximalt. Referenserna [21]<br />
och [59] ger en detaljerad genomgång av en mängd olika kopplingsprinciper.<br />
Den vanligaste typen av flerstegskoppling är tvåstegskopplingen, där fjärrvärmevatten<br />
från radiatorvärmeväxlaren används för att förvärma inkommande kallvatten<br />
avsett för tappvarmvattenberedning. Detta har motiverats av de relativt höga radiatortemperaturer<br />
som traditionellt har använts i kombination med en relativt hög (kontinuerlig)<br />
tappvarmvattenanvändning. Exempel på andra kopplingsprinciper är trestegskopplingen<br />
som finns i olika varianter: en som använts i relativt stor utsträckning på<br />
några håll i Sverige och en annan som använts i Ryssland. En typ av seriekoppling har<br />
använts i vissa länder i centrala och östra Europa.<br />
Idag föredras ofta parallellkopplingen (enstegskopplingen) i Sverige eftersom den är<br />
enkel, billig och generellt ger en returtemperatur som är jämförbar med tvåstegskopplingen<br />
[15]. Artikel V visar exempel på hur flerstegskopplingar kan vara fördelaktigt<br />
då värmesystemets temperaturer är låga. Flerstegskoppling med tappvarmvattenberedning<br />
före (det vill säga vid en högre temperaturnivå) värmesystemets värmeväxlare har<br />
visats sig vara gynnsamt, i synnerhet i <strong>byggnader</strong> med låg tappvarmvattenanvändning<br />
(exempelvis lokal<strong>byggnader</strong>). Detta beror på att den relativt höga returtemperaturen på<br />
cirkulerat varmvatten utnyttjas.<br />
Det ska också nämnas att det finns åtskilliga varianter av kopplingsprinciper för<br />
kombinationer av fjärrvärme och andra värmekällor, <strong>till</strong> exempel värmepumpar och<br />
solvärme.<br />
19
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
byggnadsinterna system med<br />
fjärrvärmeanslutning<br />
De två huvudsakliga nyttigheter som försörjs med fjärrvärme, i synnerhet i bostadshus,<br />
är tappvarmvattenberedning och rumsuppvärmning. Andra ändamål, såsom torkning,<br />
kyla och industriella applikationer, tas inte upp här. System för tappvarmvatten och<br />
rumsuppvärmning är självfallet inte specifika för fjärrvärme utan hittas i alla typer av<br />
<strong>byggnader</strong>, oavsett värmekälla. Utformning och drift av systemen har emellertid ibland<br />
påverkats på olika sätt beroende på om de är fjärrvärmeanslutna. Det gäller i synnerhet<br />
i Sverige där en betydande del av flerbostadshusbeståndet är fjärrvärmeanslutet.<br />
Ett exempel på detta är önskemålet att värmesystemet ska ge en låg returtemperatur<br />
på fjärrvärmevattnet. Detta gäller även <strong>till</strong> exempel <strong>byggnader</strong> försedda med en värmepump<br />
medan pannor traditionellt har krävt en relativt hög returtemperatur.<br />
Tappvarmvatten<br />
I ett slutet tappvarmvattensystem kan varmvattnet beredas antingen i en beredare med<br />
ackumulering (förrådsberedare) eller momentant i en värmeväxlare (genomströmningsberedare).<br />
Precis som för uppdelningen mellan direkt och indirekt anslutning finns<br />
för- och nackdelar med båda metoder. Till exempel innebär förrådsberedning att mindre<br />
dimensioner för fjärrvärmeledningar kan användas medan genomströmningsberedning<br />
generellt ger lägre returtemperatur. Även här varierar praxis mellan olika länder. I Sverige,<br />
idag, dominerar bruket av genomströmningsberedare och denna metod har också<br />
förutsatts i studien i Artikel V som behandlar kopplingsprinciper.<br />
Rumsuppvärmning<br />
Rumsuppvärmning åstadkommes ofta genom radiatorsystem, i synnerhet i länder<br />
med kallt klimat eller en stor andel fjärrvärme. Ånga var vanligt som värmebärare för<br />
mycket länge sedan men idag är radiatorsystem vattenburna. Golvvärme, som har vunnit<br />
stora marknadsandelar under senare år, är ofta vattenburna och är i grunden relativt<br />
lika radiatorsystem.<br />
Ventilationssystem används ibland också för rumsuppvärmning, i detta fall är värmen<br />
luftburen. I bostadshus är radiatorsystem vanligast, åtminstone i Sverige, medan<br />
luftburen värme ofta förekommer i lokal<strong>byggnader</strong> och då ofta i kombination med ett<br />
radiatorsystem. I detta fall kompenserar den luftburna värmen typiskt för byggnadens<br />
ventilationsförluster medan radiatorsystemet kompenserar för transmissionsförluster.<br />
Artikel II och Artikel VI behandlar värmesystem med både radiatorer och forcerad ventilation<br />
medan övriga artiklar behandlar värmesystem endast med radiatorer.<br />
Radiatorsystem är normalt utformade som ett- eller tvårörssystem. Det var relativt<br />
vanligt att bygga ettrörssystem under 1960- och 1970-talet men idag dominerar<br />
tvårörssystem. Ettrörssystemet har fördelen av en något lägre installationskostnad med<br />
anses generellt vara besvärliga att injustera och underhålla. [21]<br />
Värmesystemets reglering<br />
Det finns olika sätt att reglera värmeavgivningen i ett värmesystem. Sådana metoder<br />
kan baseras på en konstant framtemperatur i kombination med lokal flödesreglering<br />
eller ett konstant flöde i kombination med en kompensationskurva för framlednings-<br />
20
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
temperaturen. Regleringen av flöde eller framtemperatur kan vara återkopplad reglering<br />
(t ex inomhustemperatur) eller framkopplad reglering (t ex utetemperatur). Här utgås<br />
från den metod som är den förhärskande i Sverige [13]; en utetemperaturkompenserad<br />
framtemperatur (d v s framkopplad) som säkerställer att avsedd mängd värme <strong>till</strong>förs<br />
byggnaden vid alla utetemperaturer.<br />
Reglerkurvan för radiatorsystemets framtemperatur är utformad så att den varierar<br />
ickelinjärt med utetemperaturen, det vill säga kurvan är något böjd för att kompensera<br />
för att värmeavgivningen från radiatorerna ökar oproportionerligt vid höga yttemperaturer<br />
på grund av ökat strålningsvärme. Framkopplingssignalen (utetemperaturen) <strong>till</strong><br />
regulatorn är dämpad för att kompensera för byggnadens värmetröghet: innetemperaturen<br />
ändras inte omedelbart då utetemperaturen ändras, och framkopplingssignalen<br />
kan ibland kompletteras med <strong>till</strong> exempel en korrektion för vindhastighet. Radiatorerna<br />
är ofta utrustade med termostatiska ventiler, vilka har <strong>till</strong> uppgift att kompensera för<br />
”gratisvärme” (solinstrålning, elektrisk utrustning och kroppsvärme) genom att minska<br />
flödet genom radiatorn.<br />
I Küçüka [32] jämfördes returtemperaturen från ett värmesystem reglerat enbart<br />
med utetemperaturkompensering eller enbart med termostatiska radiatorventiler.<br />
Jämförelsen utfördes både för direkt och indirekt fjärrvärmeanslutning. Slutsatsen var<br />
att ett variabelt flöde ger en lägre returtemperatur. Emellertid framförs ofta svårigheten<br />
med att uppnå god reglering av inomhustemperaturen enbart med termostatiska<br />
radiatorventiler. I Storbritannien, där sådan reglering är vanlig, visade en studie att 65<br />
procent av termostatventilerna fungerade bristfälligt [36].<br />
Det ska även påpekas att radiatorsystem har ett visst mått av självreglering [76]. Om<br />
innetemperaturen stiger, <strong>till</strong> exempel på grund av solinstrålning, så minskar värmeavgivningen<br />
från radiatorerna.<br />
Ibland innefattar värmesystemets reglering så kallad nattsänkning. Syftet med denna<br />
är att minska värmeanvändning nattetid, vilket görs genom att sänka framtemperaturen<br />
i radiatorsystemet. Metoden är emellertid omdiskuterad eftersom många <strong>byggnader</strong> har<br />
en betydande värmetröghet och besparingen anses vara liten, vilket kan vara resultatet<br />
av att radiatorernas termostatventiler tenderar att öppna fullt ut. Nattsänkning har<br />
ibland kombinerats med en morgonanvärmning som har som syfte att återställa innetemperaturen<br />
efter nattsänkningen genom en extra höjning av framtemperaturen. Vid<br />
fjärrvärmeanslutning förorsakar detta emellertid kraftiga flödestoppar i nätet och höga<br />
returtemperaturer. [21]<br />
Genomslaget för varvtalsstyrda cirkulationspumpar förtjänar också att nämnas i<br />
anslutning <strong>till</strong> reglering av värmesystem. Idag kan dessa betraktas som standardutrustning<br />
och de har kraftigt förbättrat arbetsförhållandena för termostatiska radiatorventiler<br />
[15]. Reglermetoden som beskrivits i Artikel VII använder varvtalsreglering för att<br />
optimera värmesystemets termiska prestanda.<br />
Systemtemperaturer<br />
I likhet med temperaturer i fjärrvärmenät så förekommer olika temperaturnivåer i<br />
radiatorsystem. De skiljer sig både mellan länder och beroende på systemens ålder. Det<br />
21
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
har funnits en ambition att generellt sänka temperaturerna eftersom detta är den enskilt<br />
viktigaste faktorn som påverkar temperaturnivåerna i fjärrvärmenäten [21]. Skagestad<br />
och Mildenstein [58] ger exempel på några typiska dimensionerande radiatortemperaturer<br />
(fram/returtemperatur) i olika länder:<br />
Danmark<br />
Finland<br />
Korea<br />
Rumänien<br />
Ryssland<br />
Storbritannien<br />
Polen<br />
Tyskland<br />
70/40°C<br />
70/40°C<br />
70/50°C<br />
95/75°C<br />
95/75°C<br />
82/70°C<br />
85/71°C<br />
80/60°C<br />
Utvecklingen i Sverige visar hur man har strävat mot lägre radiatortemperaturer. Tidigare<br />
dimensionerade för högre temperaturer såsom 90/70°C och 80/60°C, bland annat för<br />
att det inte fanns något incitament för låga temperaturer i system med pannor men även<br />
för att mindre radiatorer kunde användas. Fördelarna med att använda låga temperaturer<br />
har gjort att vanliga dimensionerande temperaturer idag är 60/45°C, 60/40°C eller<br />
55/45°C. Sedan 1982 är högre temperaturer än 55°C (60°C i vissa fall med fjärrvärme)<br />
inte <strong>till</strong>åtna i värmesystem, något som skulle gynna utvecklingen av lågtemperatursystem,<br />
<strong>till</strong> exempel solvärme [21]. Golvvärmesystems har blivit allt vanligare och bidrar<br />
ytterligare <strong>till</strong> lägre temperaturer.<br />
En faktor som påverkar radiatortemperaturerna i praktiken är graden av överdimensionering<br />
av radiatorsystemet. Det förekommer generellt en kraftig överdimensionering<br />
av radiatorsystem i allmänhet och av radiatorytor i synnerhet, vilket framförts<br />
både i svenska [26], [71] och internationella studier [36], [46] och [58]. Detta beror<br />
på en överskattning av <strong>byggnader</strong>s värmeförluster, vilka dessutom har en tendens att<br />
minska med tiden efter energibesparande åtgärder. En annan anledning är att komponenter<br />
under dimensioneringsstadiet väljs i större storlekar än nödvändigt för att ge<br />
säkerhetsmarginaler. För att en överdimensionering inte ska orsaka övervärmning av en<br />
byggnad måste framtemperaturen eller cirkulationsflödet i radiatorsystemet anpassas.<br />
Som beskrivits i Artikel VII, så visade det sig att reglerkurvornas utseende varierade<br />
förvånansvärt mycket mellan olika fjärrvärmecentraler i ett område, trots att <strong>byggnader</strong>na<br />
är byggda samtidigt och har likartad struktur. Liknande resultat har beskrivits av<br />
Lindqvist och Walletun [37].<br />
Det vanligaste <strong>till</strong>vägagångssättet är att sänka framtemperaturen i ett överdimensionerat<br />
radiatorsystem för att undvika att inomhustemperaturen blir för hög. Flödet kan<br />
också minskas och systemet kan justeras <strong>till</strong> ett så kallat lågflödessystem. Genom att<br />
kraftigt minska flödet medan framtemperaturen bibehålls kan man uppnå en sänkning<br />
av returtemperaturen. Även om värmeöverföringen i radiatorsystemets värmeväxlare<br />
kraftigt försämras kan man generellt uppnå en sänkt primär returtemperatur [15]. Att<br />
avsiktligt installera större radiatorer för att kunna åstadkomma ett lågflödessystem<br />
är knappast ekonomiskt försvarbart [5]. Å andra sidan gör överdimensionering och<br />
dimensionering för höga flöden och små temperaturfall att det ofta är möjligt att åstadkomma<br />
en lågflödesinjustering.<br />
22
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Tidiga studier om lågflödessystem gjordes av Schelosky [54] och Amberg [1]. Den<br />
senare visade att en ekonomisk jämförelse av olika temperaturprogram talade för<br />
lågflödessystem. Dessa artiklar fäste stor vikt vid funktionen hos radiatorerna termostatventiler,<br />
vilket även studerades närmare i [55] och [56]. Studierna var emellertid<br />
baserade på en direkt fjärrvärmeanslutning och en hög primär framledningstemperatur.<br />
Wasilewski [75] förespråkade lågflödessystem i Polen men efterlyste bättre möjligheter<br />
för reglering av radiatorerna. De första försöken med lågflödessystem i Sverige, ibland<br />
kallat Kirunametoden eftersom det var i denna stad försöken ägde rum, presenterades<br />
i [2]. Idag används metoden i viss utsträckning även det fortfarande tycks råda en<br />
uppdelning mellan förespråkare och kritiker. Trüschel, som genomförde en omfattande<br />
studie på värmesystem, menar att returtemperaturen blir lägst och radiatortermostater<br />
fungerar bäst i ett lågflödessystem [71]. Det låga flödet ger mycket låga tryckfall i<br />
systemet och alla termostater arbetar därmed vid samma differenstryck och med en hög<br />
auktoritet. Den låga primära returtemperaturen från lågflödessystem har också påvisats<br />
av bland andra Gummérus och Petersson [26], Petersson [48] och Petersson och Werner<br />
[49]. Alla dessa författare påpekar också vikten av att systemen är injusterade eftersom<br />
detta har störst effekt på den primära returtemperaturen.<br />
En nackdel som brukar framhållas mot lågflödesmetoden är att den är mer känslig<br />
för felaktigheter i radiatorsystemet (såsom hydrauliska kortslutningar och ickefungerande<br />
termostatventiler). Sådana felaktigheter är dock inte ett resultat av valet av<br />
injusteringsmetod i sig, utan; lågflödessystemet kan i själva verket betraktas som bättre<br />
på att tydliggöra felaktigheter istället för att ”gömma” dem. En annan nackdel är att<br />
en sänkning av fjärrvärmenätets framtemperatur kan resultera i en förhöjd returtemperatur<br />
orsakat av ett förhöjt fjärrvärmeflöde om skillnaden mellan primär och sekundär<br />
framledning är liten [21]. Detta är mest kritiskt kring den så kallade brytpunkten,<br />
typiskt mellan 0-5°C utetemperatur, då framledningstemperaturen i nätet ännu inte har<br />
höjts trots att värmelasten är relativt hög. [ibid.]<br />
Möjligheten att reglera både framledningstemperatur och flöde i radiatorsystemet<br />
har framförts i Artikel I och Artikel VII. Studien visade att avkylningen kan förbättras.<br />
En styrka med den föreslagna reglermetoden, som kan beskrivas som en kombination<br />
av ett lågflödessystem och ett system med normalt flöde beroende på värmelast, är<br />
att den automatiskt anpassar sig <strong>till</strong> varierande driftsförhållanden, såsom en varaktig<br />
förändring av den primära framledningstemperaturen. På så sätt strävar den alltid efter<br />
att ge lägsta möjliga returtemperatur. Energibesparande åtgärder, vilket ökar radiatorsystemets<br />
överdimensionering, är ett annat exempel på förändring som reglermetoden<br />
anpassar sig efter.<br />
Några innovationer på området<br />
Werner och Sköldberg har genomfört en sammanställning av kunskaps- och forskningsläget<br />
för fjärrvärmen i världen [79]. Bland annat lyfts frågan huruvida konventionella<br />
radiatorsystem kommer att konkurreras ut på grund av att de inte har utvecklats under<br />
senare år. Sådana trender kan skönjas eftersom luftburna system föredras i passivhus.<br />
Idag är emellertid installation av golvvärmesystem vanligt och dessa är särskilt gynn-<br />
23
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
samma ur fjärrvärmens perspektiv med tanke på dess låga systemtemperaturer.<br />
Detta avsnitt avser att lyfta fram ett antal av de innovationer under senare som avsett<br />
att höja effektiviteten och konkurrenskraften hos fjärrvärmeanslutna värmesystem.<br />
Utvecklingen är nödvändig både med avseende på framtida konkurrenskraft men även<br />
med tanke på den oerhörda mängd av radiatorsystem som finns i drift och som kommer<br />
att finnas i drift lång tid framöver. Nybyggandet i Sverige uppgår endast <strong>till</strong> 0,6 procent<br />
av det aktuella byggnadsbeståndet [ibid.].<br />
På senare har kunnat skönjas en trend mot mer ”intelligenta” fjärrvärmecentraler<br />
där syftet är att använda modern <strong>teknik</strong> för att säkerställa god funktion och god avkylning.<br />
Exempel på projekt som utforskar dessa möjligheter kan hittas i [11], [12], [27]<br />
och [51]. Utrustningen som beskrivs i [12] användes i arbetet som presenteras i Artikel<br />
VII. I Andersson och Werners <strong>rapport</strong> [3] utvärderas den så kallade funktionsintegrerade<br />
fjärrvärmecentral som beskrivs i [51] i drift och en returtemperatursänkning på<br />
10-11°C kunde konstateras. Denna fjärrvärmecentral kännetecknas bland annat av att<br />
fjärrvärmeflödet beräknas och styrs snarare än regleras baserat på återkoppling. Genom<br />
att mäta temperaturer och flöden kan det erforderliga flödet kontinuerligt beräknas.<br />
Resultatet är en jämnare reglering som kan minska energianvändningen genom att undvika<br />
övervärmning. I utvärderingen konstaterades att nyttan med den funktionsintegrerade<br />
fjärrvärmecentralen överstiger kostnaden för en konventionell fjärrvärmecentral.<br />
Ett annat koncept med syfte att stärka konkurrenskraften för fjärrvärme är det<br />
svenska Matildaprojektet [41]. Till skillnad från ovan nämnda koncept är syftet uppnå<br />
enklare och billigare <strong>till</strong>verkning och installation av fjärrvärmecentraler genom starkt<br />
standardiserade moduler för tappvarmvatten och uppvärmning.<br />
Laststyrning innebär att värmeanvändningen manipuleras i syfte att optimera produktion<br />
och distribution av fjärrvärme och har studerats i många publikationer [39],<br />
[44] och [81]. I detta sammanhang anses <strong>byggnader</strong> ha en betydande potential att fungera<br />
som värmeackumulator. Tanken är att jämna ut värmeeffekten i ett fjärrvärmenät<br />
vilka främst beror på tappvarmvattenanvändning. På så sätt kan behovet av dyr och<br />
mindre miljövänlig spetsproduktion minskas. Detta problem är även känt i samband<br />
med eluppvärmda <strong>byggnader</strong>. Så kallad lastprioritering, där tappvarmvattenberedning<br />
prioriteras, används <strong>till</strong> exempel i fjärrvärmecentralen som beskrivs i [51]. Wernstedt<br />
och Johansson [80] uppnådde goda resultat genom ett så kallat distribuerat styrsystem<br />
där laststyrning i ett helt bostadsområde där den fjärrvärmecentral som vid varje <strong>till</strong>fälle<br />
är bäst lämpad “lånar ut” flöde <strong>till</strong> fjärrvärmenätet.<br />
I artikeln [11] ifrågasätts dämpad utetemperatur med återkoppling från radiatortermostater<br />
som reglermetod på grund av svårigheten att bedöma en byggnads värmetröghet<br />
och att möta snabba lastvariationer, som <strong>till</strong> exempel solinstrålning. Istället föreslås<br />
en representativ mätning av inomhustemperaturen. Detta används exempelvis i fjärrvärmecentralen<br />
beskriven i [51].<br />
Det ska påpekas att reglermetoden som beskrivits i Artikel I och Artikel VII inte är<br />
beroende av huruvida en konventionell typ av reglering används eller inte. I själva verket<br />
är syftet att finna och använda den optimala kombinationen av framtemperatur och<br />
flöde för en given värmeavgivning.<br />
24
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Ett nytt koncept för radiatorsystem, som ännu inte har kommersialiserats, innefattar<br />
så kallade decentraliserade pumpar [16] and [17]. Genom att utrusta varje radiator med<br />
en liten pump, som regleras utifrån aktuellt värmebehov, hävdas att behovet av ventiler<br />
och injustering elimineras och att det totala energibehovet för pumparbetet teoretiskt<br />
kan reduceras med 90 procent, eller åtminstone 50 procent, med dagens komponenter.<br />
Den behovsstyrda regleringen av pumparna påstås minska energianvändningen med 20<br />
procent.<br />
Olsson [43] har beskrivit ett koncept för fjärrvärmesystem där värmeväxlare helt<br />
kan undvikas genom att ha ett huvudnät och ett flertal lokala systems som är separerade<br />
med tryckväxlare. Användarna är direkt anslutna <strong>till</strong> det lokala systemet med<br />
strålpumpar. Syftet är att skapa ett robust system med låga returtemperaturer. Hit<strong>till</strong>s<br />
har dock ett sådant system, såvitt författaren känner <strong>till</strong>, inte kommersialiserats.<br />
25
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
vikten av låga temperaturer i<br />
fjärrvärmesystem<br />
Definition<br />
Det finns många fördelar med att ha låga temperaturer i fjärrvärmesystem. Ett vanligt<br />
prestandamått för enskilda fjärrvärmecentraler, eller för hela fjärrvärmenät, är därför<br />
att ha en låg returtemperatur. I svensk litteratur används ofta termen god avkylning<br />
vilket i huvudsak innebär samma sak. Båda begreppen avser att utnyttja energiinnehållet<br />
i varje enhet vatten i fjärrvärmenätet i så hög grad som möjligt. Skillnaden mellan<br />
begreppen är att avkylning innebär skillnaden mellan fram- och returtemperatur.<br />
Det är inte helt enkelt att säga vilket som är den optimala framtemperaturen i ett fjärrvärmenät,<br />
utan det måste bedömas från fall <strong>till</strong> fall. Det beror på ett flertal parametrar<br />
såsom vilken returtemperatur den valda framtemperaturen resulterar i, produktionens<br />
sammansättning och hur effektiviteten hos denna påverkas av fram- och returtemperatur<br />
och flödet i nätet. Det finns dessutom en lastberoende variation av framtemperaturen.<br />
På flera platser i denna avhandling används begreppet optimal drift av ett värmesystem.<br />
I detta sammanhang avses med detta hanteringen av värmesystemet och fjärrvärmecentralen<br />
så att lägsta möjliga returtemperatur erhålls för en given framtemperatur.<br />
Varför viktigt?<br />
Många delar av ett fjärrvärmesystem gynnas av låga systemtemperaturer. De flesta typer<br />
av produktionsanläggningar tjänar på antingen en sänkt fram- eller returtemperatur<br />
eller både och.<br />
Många pannor, i synnerhet de som eldas med biobränsle med hög fukthalt, är utrustade<br />
med rökgaskondensering vilket innebär att returtemperaturen har avsevärd inverkan<br />
på verkningsgraden. Kraftvärmeverk gynnas generellt av en låg framledningstemperatur<br />
eftersom elutbytet ökar. En låg returtemperatur kan också vara gynnsamt, bland<br />
annat beroende på om rökgaskondensering används. Värmefaktorn för värmepumpar<br />
ökar om framtemperaturen sänks, och i vissa konfigurationer även om returtemperaturen<br />
sänks. Möjligheten att utnyttja restvärme från industrier kan öka om fjärrvärmenätets<br />
temperaturer kan hållas låga.<br />
En ökad temperaturskillnad på fjärrvärmevattnet innebär att flödet i nätet kan<br />
sänkas vilket i sin tur leder <strong>till</strong> minskar behov av pumpenergi och besparing av elenergi.<br />
Alternativt ger kan en ökad temperaturskillnad utnyttjas för att ansluta fler användare<br />
<strong>till</strong> nätet då kapaciteten ökar utan att behöva öka flödet, eller för att minska problem<br />
med flaskhalsar.<br />
Värmeförlusterna i ett befintligt fjärrvärmenät kan minskas om temperaturerna kan<br />
sänkas. Ungefär en tredjedel av värmeförlusterna kan hänföras <strong>till</strong> returledningen och<br />
två tredjedelar <strong>till</strong> framledningen. Vid nybyggnad kan en kraftig sänkning av framledningstemperaturen<br />
bana väg för användandet av plaströr vilket kan sänka installationskostnaden<br />
kraftigt, även om värmeförlusterna inte tvunget minskar eftersom större<br />
dimensioner behöver användas då plaströr används.<br />
I en IEA-studie från 2005 [85] sammanställdes ett flertal detaljerade analyser av den<br />
ekonomiska vinsten av sänkta returtemperaturer. Bland refereras <strong>till</strong> en omfattande<br />
studie av Rütschi [52] och den svenska beräkningsmodellen [61] för utvärdering av<br />
förändrade systemtemperaturer beroende på produktionssammansättning.<br />
26
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Werner har uppskattat att värdet av sänkta returtemperaturer uppgår <strong>till</strong> 1 krona<br />
per MWh och grad eller 4-5 procent av dagens svenska fjärrvärmepris, utan att hänsyn<br />
tas <strong>till</strong> framtida vinster av en ökad nätkapacitet, se [23] och [78]. En utvärdering av<br />
arbetet för att öka avkylningen i fjärrvärmenätet i Göteborg gav liknande resultat. Det<br />
konstaterades även att återbetalningstiden blev kortare än tre år [18].<br />
Vikten av låga returtemperaturer fastslås i rekommendationerna för fjärrvärmecentraler<br />
från Euroheat & Power [15]: “In general, the energy demand is decreasing.<br />
Specifically, the consumption for new buildings has decreased. This increases the significance<br />
of having lower return temperatures, because a smaller consumption rate leads to<br />
smaller radiators.”<br />
Vikten av individuell analys ska också understrykas. I vissa fall kan det vara förnuftigt<br />
att höja framtemperaturen i syfte att sänka returtemperaturen för att höja verkningsgraden<br />
i rökgaskondensering [24]. Det är därför inte uppenbart vilket som är den<br />
optimala framtemperaturen i ett fjärrvärmenät. Emellertid är det ett generellt önskemål<br />
att nå en så låg returtemperatur som möjligt, det vill säga att maximera temperaturskillnaden<br />
på fjärrvärmevattnet för en given framledningstemperatur. Detta tankesätt<br />
har varit utgångspunkten för reglermetoden som presenterats i Artikel I och Artikel<br />
VII. Oavsett om en fjärrvärmecentral erhåller en relativt låg eller hög framtemperatur,<br />
så anpassar regleralgoritmen sina parametrar så att returtemperaturen blir så låg som<br />
möjligt.<br />
Sammanfattningsvis kan man fastslå att, oavsett vilken del av fjärrvärmesystemet<br />
som betraktas, så leder oundvikligen höga temperaturer <strong>till</strong> en ökad användning av<br />
primärenergi.<br />
Höga returtemperaturer på grund av felaktigheter i fjärrvärmecentraler<br />
Den vanligaste orsaken <strong>till</strong> höga returtemperaturer är felaktigheter i fjärrvärmecentraler.<br />
I den ovan nämnda studien av Werner [78] konstaterade att den genomsnittliga årsmedelreturtemperaturen<br />
i svenska fjärrvärmenät 47°C. Då har redan en sänkning från<br />
50°C genomförts under åren 1993-2003. Petersson [48] har emellertid uppskattat att<br />
den möjliga returtemperaturen med dagens <strong>teknik</strong> är 32°C. Redan 1987 fann Winberg<br />
och Werner [83] att den faktiska returtemperaturen vid dellast var högre än förväntat.<br />
Studien fastslog att höga returtemperaturer främst beror på individuella anledningar då<br />
varken ålder, användarkategori eller storlek fullt ut kan förklara de höga returtemperaturerna.<br />
Vanliga fel är komponenter som inte är korrekt dimensionerade, komponenter<br />
som inte fungerar <strong>till</strong>fredsställand, avvikelser från standarddesign, höga temperaturnivåer<br />
i värmesystem, felaktiga kopplingar och felaktig reglering. Liknande resultat konstaterades<br />
av Råberger [53] och i <strong>rapport</strong>en [61]. En annan viktig anledning <strong>till</strong> höga<br />
returtemperaturen är hydrauliska kortslutningar i fjärrvärmenäten [ibid.].<br />
Zinko et al [85] fann att 60 procent av påträffade fel kan hänföras <strong>till</strong> värmesystemet,<br />
30 procent <strong>till</strong> tappvarmvattensystemet och återstående 10 procent <strong>till</strong> komponenter<br />
i fjärrvärmecentralen såsom värmeväxlare, pump och reglerutrustning. En tredjedel<br />
av felen var relaterade <strong>till</strong> komfortproblem medan två tredjedelar orsakade höga<br />
returtemperaturer.<br />
27
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Studierna presenterade i Artikel I, Artikel V och Artikel VII var primärt ägnade åt<br />
att sänka returtemperaturen. Felaktigheter var emellertid inte beaktade. Istället var<br />
målsättningen att undersöka möjligheterna att sänka returtemperaturen genom förbättringar<br />
av dagens <strong>teknik</strong>.<br />
Låga returtemperaturer i fjärrvärmecentraler<br />
Den enskilt viktigaste faktorn returtemperaturen är värmesystemets temperaturnivå,<br />
vilket beskrivs i nästa avsnitt. Andra faktorer som påverkar returtemperaturen är, som<br />
redan nämnts, valet mellan direkt och indirekt anslutning av värmesystem och fjärrvärmecentralens<br />
kopplingsprincip.<br />
Olika kopplingsprincipers inflytande på returtemperaturen har varit föremål för<br />
ett flertal studier. Enkelt uttryckt kan man säga att kopplingsprinciper av flerstegstyp<br />
traditionellt har <strong>till</strong>skrivits en positiv effekt på returtemperaturen, vilket är relaterat <strong>till</strong><br />
de traditionellt höga radiatortemperaturer som varit gällande. Följaktligen är tvåstegskopplingen<br />
den vanligaste kopplingsprincipen i flerbostadshus i Sverige. Exempel på<br />
studier som har påvisat en lägre returtemperatur från tvåstegskopplingen jämfört med<br />
parallellkoppling är Frederiksen et al [20], Snoek et al [59] och Gummérus [25], som<br />
också fann att den svenska trestegskopplingen (som är vanlig ibland annat i Stockholm)<br />
ger en signifikant lägre returtemperatur.<br />
Trenden mot lägre temperaturer i radiatorsystem har gjort att nyttan med flerstegskopplingar<br />
minskar. Lindqvist och Walletun [37] har funnit att kopplingsprincipen<br />
är av sekundärt intresse vid valet av en ny fjärrvärmecentral. Av större vikt är injusteringen<br />
av de sekundära systemen. Gummérus och Petersson [26] propagerar för<br />
lågflödessystem och parallellkoppling, vilken är enklare och billigare, och endast ger<br />
marginellt högre returtemperatur. Euroheat & Power rekommenderar [15] användning<br />
av tvåstegskoppling i flerbostadshus där returtemperaturen från värmesystemet är hög.<br />
I andra typer av <strong>byggnader</strong> rekommenderas parallellkoppling. Det fastslås även att:<br />
“if a low-flow heating system providing low return temperatures is used, there will be<br />
little further benefit from the use of a two-stage connection scheme in terms of further<br />
cooling of the return water. In such cases, it is recommended that the more cost-efficient<br />
parallel connection should be selected.” [15]<br />
Ett argument som talar för tvåstegskoppling är att den ger möjlighet att undvika att<br />
återcirkulerat tappvarmvatten blandas med inkommande kallvatten och därmed höjer<br />
returtemperaturen utan istället blandas med varmvatten som redan förvärmts [59].<br />
Detta är emellertid inte ett resultat av flerstegskopplingen i sig själv utan av att tvåstegskopplingens<br />
värmeväxlarkonfiguration som medger denna typ av inkoppling av recirkulerat<br />
tappvarmvatten. Detta diskuteras vidare i Artikel V.<br />
Värmesystemets inverkan på den primära returtemperaturen<br />
Rekommendationerna fastslår vidare att [15]: “The amount of heat utilised from the<br />
circulating district heating system water depends mainly on the design and adjustment<br />
of the building’s internal heating systems”. I en studie av fjärrvärmecentraler i drift fann<br />
Råberger [53] att höga returtemperaturer att främst beror på radiatorsystemets retur-<br />
28
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
temperatur. Extremt höga returtemperaturer beror emellertid på felaktigheter i fjärrvärmecentraler.<br />
Vidare fastslås i [15] även att: “regardless of the choice of design temperatures for<br />
the radiator circuit, balancing of the system has a decisive effect on operating performance”.<br />
Detta visades även av Trüschel [72] där nyttan av att injustera tre olika<br />
värmesystem uppskattades ge en återbetalningstid mellan ett och ett halvt och fem och<br />
ett halvt år.<br />
Ett lågflödessystem kan ge en sänkt primär returtemperatur, som redan nämndes<br />
i avsnittet Rumsuppvärmning – Systemtemperaturer. Nyttan med avseende på returtemperaturen<br />
från att reglera flödet beroende på värmelasten är känd. Idén med att<br />
använda en optimal kombination av flöde och framledningstemperatur presenterades<br />
av Frederiksen och Wollerstrand [19], och idén studerades vidare i Volla et al [74] och<br />
Snoek et al [59]. I rekommendationerna från Euroheat & Power [15] står att den lägsta<br />
returtemperaturen uppnås genom att variera flödet efter förbrukningen. Om ett sådant<br />
variabelt flöde används, så regleras det med termostatiska radiatorventiler, antingen i<br />
kombination med en konstant framledningstemperatur eller med en utetemperaturkompenserad<br />
framledningstemperatur. Langendries [33] har föreslagit en central flödesreglering<br />
genom pumpens varvtal, men menar att det förefaller svårt och kostsamt att åstadkomma.<br />
Petitjean [50] föreslår en sänkning av pumphastigheten vid låga värmelaster då<br />
termostaterna är nästan fullt öppna, men menar att det är problematiskt att bestämma<br />
vilken parameter som ska användas för att bestämma pumphastigheten.<br />
Artikel I och Artikel VII redovisar utvecklingen av en regleralgoritm som finner den<br />
optimala kombinationen av flöde och framtemperatur i radiatorsystemet. Även om algoritmen<br />
inte är fullständigt utvecklad och testad, så visar den på möjligheter att sänka<br />
den primära returtemperaturen.<br />
29
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
fjärrvärmeleverans och<br />
<strong>till</strong>gänglighet<br />
Tillförlitliga energileveranser tas nog för givet av de flesta av oss. Samtidigt har vi blivit<br />
allt mer beroende av energi och ett avbrott i en energileverans har en stor inverkan på<br />
vårt samhälle. En stor störning av en värmeleverans vid kall väderlek innebär även ett<br />
hot mot vår hälsa, i synnerhet för äldre och svaga personer.<br />
Fjärrvärme – generellt <strong>till</strong>förlitligt<br />
Man kan argumentera att den mest omfattande formen av centraliserad byggnadsuppvärmning,<br />
representerat av fjärrvärme, som kan förse majoriteten av <strong>byggnader</strong>na i<br />
en stad med värme, kan göra byggnadsuppvärmning mer känslig i vissa avseenden. Å<br />
andra sidan, som visas i denna avhandling, besitter fjärrvärme<strong>teknik</strong>en en stor potential<br />
att upprätthålla värmeförsörjningen.<br />
Fjärrvärme anses generellt vara en <strong>till</strong>förlitlig <strong>teknik</strong>, vilket bland annat visats i en<br />
finsk studie [38]. Skagestad och Mildenstein [58] hävdar att: “the reliability provided<br />
by a properly designed, constructed, operated and maintained district heating system<br />
is greater than most buildings can achieve on their own”. I USA anses ofta kraftvärme<br />
vara en mycket pålitlig form av energi<strong>till</strong>försel [73] and [29]. Sex och en halv procent<br />
av kommersiella <strong>byggnader</strong> i USA värms med fjärrvärme och det finns 2 500 nät som<br />
vanligtvis är lokaliserade <strong>till</strong> tätbebyggda områden såsom affärs-, universitets-, sjukhus-,<br />
militär- och flygplatsområden. Tillförlitligheten i fjärrvärme- och fjärrkylasystem<br />
med kraftvärme lyfts ofta fram. Förespråkare för en fjärrvärmeutbyggnad i USA hävdar<br />
att: “Operational reliability has been a hallmark of the district heating industry” [29].<br />
Funk [22] förespråkar användning av småskalig kraftvärme i anslutning <strong>till</strong> nödgeneratorer<br />
för att förstärka <strong>till</strong>förlitligheten.<br />
Generellt hävdas att fjärrvärme bidrar <strong>till</strong> säkra värmeleveranser genom produktionens<br />
bränsleflexibilitet som bidrar <strong>till</strong> ett minskat beroende av importerade bränslen<br />
[10] and [60].<br />
I en <strong>rapport</strong> från Energimyndigheten [66] framhålls att fjärrvärme i Sverige generellt<br />
håller en hög <strong>till</strong>gänglighet tack vare få avbrott och god bränsleflexibilitet. Emellertid<br />
framförs även varningar angående konsekvenserna av ett långvarigt elavbrott i form<br />
av svåra påfrestningar på samhället och risken för frysskador i <strong>byggnader</strong>, något som<br />
främst <strong>till</strong>skrivs elberoendet i användarledet i fjärrvärmesystemen.<br />
Vid diskussioner om ekonomisk optimering beträffande <strong>till</strong>förlitlighet i energileveranser,<br />
<strong>till</strong> exempel hur mycket det kostar att höja <strong>till</strong>förlitligheten i relation <strong>till</strong><br />
uppskattningen av minskade utgifter i samband med färre störningar, avses normalt<br />
störningen eller avbrottet för enskilda kunder. Detta var inte avsikten med föreliggande<br />
arbete, utan istället att studera stora, omfattande störningar som kan utgöra ett hot<br />
mot en stad eller ett samhälle och orsaka allvarliga konsekvenser, något som är svårt att<br />
uppskatta i ekonomiska termer.<br />
Elavbrott<br />
Efter att ha konstaterat att fjärrvärme generellt är en <strong>till</strong>förlitlig <strong>teknik</strong>, ska vi nu istället<br />
fokusera på elberoendet för fjärrvärme<strong>teknik</strong>en. Utan att gå närmare in på förekomst<br />
av elavbrott som sådana kan man bara konstatera att de allra flesta typer av uppvärm-<br />
30
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
ningssystem är mer eller mindre beroende av el. I händelse av ett elavbrott kommer<br />
självfallet inte elvärme att fungera och heller inte värmepumpar. De flesta system med<br />
pannor är också beroende av el då brännaraggregat, reglerutrustning och pumpar är<br />
eldrivna.<br />
Föreliggande arbete har ägnats åt vad som händer i fjärrvärmeanslutna <strong>byggnader</strong>.<br />
För att fjärrvärme ska kunna överföras behöver fjärrvärmenätet fungera, åtminstone i<br />
viss grad. En svensk studies har visat att förhållandena för detta varierar mellan olika<br />
nät [64]. Vissa fjärrvärmeföretag har reservkraft för att kunna upprätthålla sitt system,<br />
andra har det inte, medan vissa endast kan skydda sitt nät från att förfrysa. Frågan<br />
är emellertid angelägen, inte bara med tanke på möjligheterna <strong>till</strong> självcirkulation i de<br />
byggnadsinterna systemen, utan även för att kunna garantera att användare med egen<br />
reservkraft, som <strong>till</strong> exempel sjukhus, kan räkna med att erhålla fjärrvärme.<br />
Om fjärrvärmeleveranser kan upprätthållas vid ett elavbrott är det ett försäljningsargument<br />
för fjärrvärme i jämförelse med värmesystem som är helt beroende av el, såsom<br />
värmepumpar.<br />
Förutsatt att produktion och distribution av fjärrvärme kan upprätthållas, kan man<br />
hävda att det genom direkt anslutning i sin enklaste form (utan shuntkopplingar) finns<br />
en naturlig möjlighet att leverera fjärrvärme vid ett elavbrott.<br />
En särskild typ av direkt anslutning, förekommande i östra och centrala Europa,<br />
använder strålpumpar vilket gör det möjligt att leverera värme även om användarna<br />
saknar el [40] och [42]. Dessa strålpumpar är normalt oreglerade men medger väldigt<br />
robusta fjärrvärmecentraler. Styrkan i oberoendet av el pekades ut redan i två artiklar<br />
från 1974 av Schmidt [57] och Deckert [9]. Reglerade strålpumpar förekommer i vissa<br />
fjärrvärmesystem, <strong>till</strong> exempel i Tyskland, och har studerats av Brumm [4] och Olsson<br />
[43] bland andra. Dessa mer sofistikerade strålpumpar, som sänker den avsevärt mycket<br />
högre primära framtemperaturen och differenstrycket för att passa nivån i de sekundära<br />
systemen, är emellertid ofta utrustade med självstängande ventiler för att förhindra skador<br />
orsakade av att fjärrvärmevatten strömmar in i de sekundära systemen i händelse<br />
av ett elavbrott.<br />
Litteraturstudien som presenterades i Artikel VI och i den svenska projekt<strong>rapport</strong>en<br />
[34] (av vilka den senare är mer omfattande), visade att i svensk riskplanering har potentialen<br />
för fjärrvärmeleveranser vid ett elavbrott i stort sett ignorerats. Detta förklaras<br />
med att indirekt anslutning används vilket anses innebära att man är beroende av el.<br />
Förutom frågan om att kunna förse kunder med reservkraft med fjärrvärme, är<br />
frågan om fjärrvärme vid elavbrott viktig av andra anledningar. Först och främst är ett<br />
avbrott i värmeförsörjningen ett avsevärt hot mot många människor, i synnerhet äldre<br />
människor och personer med vårdbehov. Bristfälligheter i beredskapen för äldrevård i<br />
händelse av ett elavbrott har visats i [70] och det visade sig over 40 procent av anläggningarna<br />
i Sverige saknade <strong>till</strong>gång <strong>till</strong> reservkraft eller reservvärme. En annan studie<br />
[8] visade liknande resultat.<br />
Ett av de mer kända elavbrotten är det som inträffade i samband med en isstorm i<br />
Kanade 1998, då 4,7 miljoner människor lämnades utan el under en längre period mitt<br />
i vintern. Händelsen visade behovet och nyttan av beredskapsplanering [31] [35]. Det<br />
31
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
fanns inga fjärrvärmesystem i området utan den mesta uppvärmningen skedde med olja<br />
och el. Elavbrottet orsakade omfattande evakueringar. Många människor kunde flytta<br />
in hos släktingar och bekanta medan andra tvingades bo i offentliga värmestugor. Studier<br />
har visat att människor upplevde att den största påfrestningen bestod av att hålla<br />
sig varm [69].<br />
Stormen Gudrun, som drabbade södra Sverige i januari 2005, orsakade omfattande,<br />
långvariga elavbrott och blev en påminnelse om hur känsligt vårt samhälle är om<br />
energileveranserna inte fungerar. Dessbättre var vädret vid tidpunkten relativt milt och<br />
större orter med fjärrvärme hade inte lika långa elavbrott som mindre orter utan fjärrvärme<br />
[65]. Som beskrivits i Artikel VI, upplevde fjärrvärmeverksamheten i en mindre<br />
ort att fjärrvärmeleveranserna kunde upprätthållas i hög grad, vilket kunde <strong>till</strong>skrivas<br />
att självcirkulation uppstod i de anslutna <strong>byggnader</strong>na.<br />
Storleken på eventuell fjärrvärmeleverans vid ett elavbrott kan vara av stor vikt för<br />
kraftvärmeverk som är beroende av fjärrvärmenätet för kylning av elproduktionen.<br />
I många städer pågår arbete för att kunna starta lokal elproduktion och etablera ett<br />
lokalt elnät, så kallad ö-nätsdrift. På så sätt kan viktiga samhällsfunktioner förses med<br />
elektricitet.<br />
I augusti 2003 påverkades 50 miljoner människor i nordöstra USA av ett elavbrott<br />
där vissa områden var utan el i fyra dagar. Carlson [7] beskriver hur olika små kraftvärmesystem<br />
fungerade i samband med elavbrottet. Det visade sig att de allra flesta, även<br />
sådana som inte konstruerats för drift utan elnätsförbindelse, fungerade <strong>till</strong>fredsställande<br />
under elavbrottet. Värmelasten var relativt låg vid <strong>till</strong>fället men möjligheten att<br />
bibehålla, eller återställa, elförsörjningen i dessa system bidrog kraftigt <strong>till</strong> att minimera<br />
konsekvenserna av elavbrottet. Denna erfarenhet demonstrerar en oerhörd fördel med<br />
kraftvärme.<br />
I sin <strong>rapport</strong> om fjärrvärmens forskningsläge, ställer Werner och Sköldberg [79] den<br />
långsiktiga forskningsfrågan: ” Hur ska fjärrvärmens starka elberoende mildras?”. Som<br />
redan nämnts är fjärrvärmens <strong>till</strong>förlitlighet god med avseende på produktionssidan<br />
tack vare bränsleflexibiliteten. Emellertid finns ett stort beroende av el <strong>till</strong> pumpar, både<br />
i fjärrvärmenäten såväl som i fjärrvärmecentralerna. Vidare ställs frågorna: ”Går det att<br />
i praktiken skapa ett fjärrvärmesystem som kan upprätthålla värmeleveranser vid längre<br />
strömavbrott? Vilka blir konsekvenserna för fjärrvärmekunderna vid långa strömavbrott?”<br />
[ibid.] Studierna beskrivna i Artikel II, Artikel III, Artikel IV och Artikel VI har<br />
kastat ljus på dessa frågeställningar.<br />
Självcirkulation kan mildra elberoende<br />
Värmesystem som byggdes i centralvärmens tidiga dagar konstruerades för självcirkulation.<br />
Då vatten används ökar dess volym då det värms och det stiger i systemet. Då<br />
vattnet kyls av i radiatorerna så ökar densiteten och vattnet sjunker <strong>till</strong>baka <strong>till</strong> värmekällan.<br />
Mer om självcirkulation kan hittas exempelvis i referens [28]. Genom att använda<br />
stora rördimensioner i distributionssystemet och en panna med lågt flödesmotstånd,<br />
kunde tryckfallen hållas låga det var möjligt att åstadkomma <strong>till</strong>räcklig självcirkulation<br />
utan hjälp av en pump [45].<br />
32
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Studierna i detta avhandlingsarbete har innefattat omfattande fältstudier och har<br />
visat att betydande självcirkulation kan uppstå i många typer av <strong>byggnader</strong>. Även en<br />
begränsad värme<strong>till</strong>försel förlänger den tid det tar för en byggnad att kylas ned <strong>till</strong> en<br />
oacceptabel nivå. Om innetemperaturen faller ökar värmeavgivningen från radiatorerna<br />
[76] och returtemperaturen sjunker, vilket i sin tur förstärker självcirkulationen och<br />
därmed ytterligare dämpar utkylningen.<br />
Moderna värmesystem är inte konstruerade för självcirkulation och därmed varierar<br />
förhållandena för att en erforderlig grad av självcirkulation ska kunna uppstå kraftigt.<br />
För att kunna ta hänsyn <strong>till</strong> dessa omständigheter har rekommendationer sammanställts<br />
<strong>till</strong> alla berörda parter, såsom myndigheter, fjärrvärmeverksamheter, <strong>till</strong>verkare, fastighetsägare,<br />
driftspersonal och boende, för att informera om hur man på bästa sätt kan<br />
vara förberedd. Bland annat innehåller rekommendationerna, som är utförligt beskrivna<br />
i den svenska projekt<strong>rapport</strong>en [34], följande:<br />
• Om man snabbt vill skaffa sig en uppfattning om hur värmesystemet i en byggnad<br />
fungerar i händelse av ett elavbrott kan man genomföra ett enkelt försök.<br />
• Baserat på de genomförda fältstudierna har en matris sammanställts med syfte att<br />
kunna bedöma möjligheterna för självcirkulation i en byggnad utifrån byggnadens<br />
egenskaper, såsom ålder, konstruktion, typ av radiatorsystem etc. Idén är att<br />
kunna uppskatta mycket av kapaciteten för självcirkulation som går förlorad genom<br />
olika hinder i systemet. Typiska hinder för självcirkulation i moderna system<br />
är beskrivna i Artikel II.<br />
• För att fjärrvärme ska kunna levereras vid ett elavbrott är det absolut nödvändigt<br />
att driften av fjärrvärmenätet kan upprätthållas. Reservkraft är därför nödvändig<br />
för att värmeproduktionen och -distributionen, det vill säga cirkulationspumparna<br />
i nätet, ska kunna fungera. En höjning av framtemperaturen i fjärrvärmenätet<br />
vid ett elavbrott kan ge en högre framtemperatur i radiatorsystemen och därmed<br />
förstärka självcirkulationen. I vilken grad detta kan genomföras måste bedömas<br />
för respektive fjärrvärmesystem.<br />
• Genom att kartlägga <strong>byggnader</strong> i olika bostadsområden kan man skaffa sig en<br />
god uppskattning av känsligheten för ett elavbrott för <strong>byggnader</strong>na i ett område<br />
och för olika typer av <strong>byggnader</strong>. Man kan bedöma vilka kategorier som är väl<br />
förberedda och vilka som behöver särskilda åtgärder såsom evakuering av boende<br />
eller installation av reservaggregat. Det är av intresse både för myndigheter och<br />
för fastighetsägare.<br />
• Driftspersonal i <strong>byggnader</strong> har en viktig funktion i händelse av ett elavbrott. Styrventilens<br />
ställdon kan vara av självstängande typ och i så fall måste ventilen öppnas<br />
manuellt. Att öppna en styrventil kräver viss försiktighet. Ventilerna är ofta<br />
överdimensionerade och om de öppnas fullt blir fjärrvärmeflödet mycket stort.<br />
Eftersom värmeöverföringen genom självcirkulation är begränsad leder detta <strong>till</strong><br />
att ett onödigt stort flöde ”stjäl” differenstryck. Beträffande tappvarmvattensystemets<br />
styrventil är situationen annorlunda. Denna styrventil är ofta av självstängande<br />
typ och ska inte öppnas manuellt på grund av risken för skållningsskador av<br />
för hett tappvarmvatten.<br />
33
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
• Exempel på hur konstruktionen av komponenter kan förhindra utformningen av<br />
självcirkulation har påträffats. Det mest uppenbara nämndes ovan – självstängande<br />
styrventiler genom fjäderåtergång. Det finns inga exempel på att sådana används<br />
i värmesystem. Däremot förekommer elektromagnetiska ställdon och dessa<br />
har en sådan konstruktion att de oundvikligen stänger om de förlorar spänningen.<br />
Dessa ställdon ska undvikas om man vill underlätta möjligheterna för självcirkulation.<br />
En annan kraftig begränsning för självcirkulation som har påträffats<br />
är en typ av fjärrvärmecentral där värmeväxlaren är installerad uppochned, det<br />
vill säga så att utgående sekundärflöde lämnar värmeväxlaren i botten. Detta gör<br />
att självcirkulationsflödet går baklänges och att värmeväxlaren fungerar som en<br />
medströmsvärmeväxlare vilket kraftigt begränsar värmeöverföringen.<br />
En turbindriven pump kan ytterligare minska elberoendet<br />
Eftersom ett <strong>till</strong>räckligt stort självcirkulationsflöde inte uppstår i alla typer av <strong>byggnader</strong>,<br />
har en idé ursprungligen presenterad av Johnsson [30] utvecklats, nämligen att låta<br />
en turbin placerad på primärsidan i en fjärrvärmecentral driva värmesystemets cirkulationspump.<br />
Fjärrvärmeflödet <strong>till</strong> värmeväxlaren stryps normalt i en styrventil i serie<br />
med värmeväxlaren vilket innebär att man kan säga att stora delar av differenstrycket i<br />
ett fjärrvärmenät inte nyttiggörs vilket emellertid görs med det föreslagna konceptet.<br />
För att undersöka om idén fungerar i praktiken utvecklades en prototyp i samarbete<br />
med en pump<strong>till</strong>verkare. En pump användes som turbin, en lösning som är vanlig i små<br />
applikationer, se exempelvis Williams [82]. Fördelen med detta är att det är billigare<br />
eftersom pumpar finns <strong>till</strong>gängliga i en uppsjö av utföranden <strong>till</strong> relativt låga priser.<br />
Artikel IV beskriver ett fältexperiment med prototypen och det konstaterades att<br />
anordningen kan fungera som reservanordning, även om <strong>teknik</strong>en kräver vissa förbättringar.<br />
Testen visade att en noggrann dimensionering är nödvändig.<br />
Prototypen var dimensionerad för en medelstor byggnad. Det är ännu inte helt klart<br />
i vilken utsträckning konceptet skulle kunna användas i mycket små hus på grund av<br />
det faktum att både turbin- och pumpverkningsgraderna sjunker under sådana förhållanden.<br />
34
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
metod<br />
Även om mycket av arbetet som presenteras i denna avhandling består av fältstudier så<br />
har datorsimuleringar utgjort ett viktigt komplement. I synnerhet Artikel III och Artikel<br />
V presenterar resultat av enbart simuleringar. Fördelen med simuleringar är att de generellt<br />
är billigare och snabbare än studier i fält eller laboratorium. Vidare är det enkelt<br />
att studera inverkan av att ändra vissa parametrar. Simuleringar är emellertid förknippade<br />
med metodologiska överväganden och verifiering av resultat i fält är nödvändiga.<br />
Det finns otaliga studier om modellering av fjärrvärmesystem. Gummérus [25] beskriver<br />
deterministisk modellering av samtliga komponenter i en fjärrvärmecentral och<br />
ett radiatorsystem genom att dela in värmeöverförande komponenter i sektioner där<br />
varje sektion hanteras som en omblandad, isolerad behållare.<br />
Till simuleringarna som utförts i samband med studierna i Artikel III, Artikel V och<br />
Artikel VI har programvaran Simulink använts. Modellerna är baserade på <strong>teknik</strong>en<br />
beskriven i [25] men har utvecklats genom åren vid institutionen vilket beskrivits av<br />
[84] och Persson [47].<br />
I samband med studierna i Artikel III och Artikel VI utvecklades modellerna för att<br />
självcirkulation skulle kunna studeras. Dessa modifieringar är beskrivna i Artikel III<br />
<strong>till</strong>sammans med en enkel, statisk beräkning av flödesfördelningen i ett radiatorsystem<br />
vid självcirkulation.<br />
I Artikel I och Artikel VII presenteras årliga genomsnittliga primära returtemperaturer<br />
för olika radiatorsystem med hänsyn <strong>till</strong> utetemperaturens varaktighet. Medeltemperaturerna<br />
är flödesviktade vilket motsvarar att samla allt returflöde i en isolerad behållare<br />
och mäta medeltemperaturen. Detta <strong>till</strong>vägagångssätt har beskrivits av Gummérus<br />
[25].<br />
Beräkningen av optimal kombination av flöde och framtemperatur i ovan nämnda<br />
artiklar gjordes genom ett iterativt förfarande där värmelasten, den primära framledningstemperaturen<br />
och minsta <strong>till</strong>åtna radiatorflöde var givna och lägsta möjliga<br />
primära returtemperatur var målet.<br />
35
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
avslutande diskussion<br />
Idéerna som presenteras i denna avhandling är i huvudsak inte nya i sig. Till exempel<br />
presenterades idén att använda en optimal kombination av framtemperatur och flöde<br />
i ett radiatorsystem för att erhålla lägsta möjliga returtemperatur för mer än tjugo år<br />
sedan. Centralvärmesystem konstruerades för självcirkulation innan pumpar blev vanligt<br />
förekommande. Idéerna om en turbindriven pump och olika kopplingsprinciper för<br />
fjärrvärmecentraler har också diskuterats tidigare.<br />
Ambitionen med avhandlingen har varit att föra dessa idéer närmare en praktisk användning.<br />
För detta ändamål hoppas jag, genom detta arbete, ha bidragit <strong>till</strong> implementering<br />
och verifiering av dessa idéer i fält. Modern byggnadsautomation har gjort det<br />
möjligt att åstadkomma en reglering av värmesystemet som inkluderar central reglering<br />
av flödet liksom mer sofistikerade kopplingsprinciper i fjärrvärmecentraler. Även om<br />
naturlagarna för självcirkulation är inte är nya, så har inga tidigare studier om självcirkulation<br />
i pumpdrivna värmesystem presenterats. Sist men inte minst så har en prototyp<br />
av en turbindriven pump utvecklats och testats.<br />
Reflexioner kring studierna syftande <strong>till</strong> en sänkt returtemperatur<br />
En ny regleralgoritm har visat möjligheter <strong>till</strong> en sänkt fjärrvärmereturtemperatur<br />
genom att variera inte framtemperaturen utan också flödet i ett radiatorsystem. Detta<br />
åstadkoms genom att styra pumpens varvtal. Kommande uppvärmningssäsong (2009-<br />
<strong>2010</strong>) kommer att användas för utvärdering och förbättring av reglermetoden.<br />
Det finns ytterligare potential att sänka returtemperaturen genom att använda kopplingsprinciper<br />
i fjärrvärmecentraler anpassade för lägre temperaturer i värmesystem.<br />
Resultaten i denna avhandling är preliminära. Ett intressant nästa steg skulle vara att<br />
konstruera prototyper och testa i praktiken.<br />
Reflexioner kring studierna fjärrvärmens elberoende<br />
Studien om fjärrvärme och elavbrott har visat att moderna värmesystem har goda<br />
möjligheter att upprätthålla en betydande värmeförsörjning genom självcirkulation.<br />
Projektet är slutfört och resultaten har distribuerats <strong>till</strong> berörda parter och har mötts<br />
av stort intresse. Studien skulle möjligen kunna utökas något, exempelvis fanns det inte<br />
möjlighet att studera självcirkulation i golvvärmesystem. Den viktigaste aspekten är<br />
emellertid att resultaten kommer <strong>till</strong> användning då fler och fler myndigheter och energibolag<br />
intresserar sig för risk- och sårbarhetsfrågor. Arbetet utfördes i samarbete med<br />
myndigheter och fjärrvärmeverksamheten i Malmö och resultaten kommer att användas<br />
i deras kommande arbete. Fjärrvärmeföretaget arbetar på att utrusta alla deras fjärrvärmesystem<br />
i Sverige med reservkraft.<br />
Till sist ska sägas att man, i ljuset av ett ökat intresse för säkra energileveranser i<br />
allmänhet och för ö-drift i synnerhet, kan argumentera för att alla fjärrvärmenät borde<br />
ha åtminstone ett litet kraftvärmeverk. Det innebär att man kraftigt kan förbättra möjligheterna<br />
att förse kritiska verksamheter i en ort med både el och värme. Som också<br />
vistas i detta arbete, så finns goda möjligheter för fjärrvärmekunder som saknar el att<br />
ändå kunna ta emot fjärrvärme.<br />
Turbinpumpen lämnar faktiskt en intressant öppning för fortsatta studier. Som resultaten<br />
visade så finns potential att använda den som reservanordning. Idén att använda<br />
36
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
den för kontinuerlig drift har ännu inte studerats men en snabb titt på förutsättningarna<br />
för detta visar sig vara lovande. Detta gäller i synnerhet om man tänker sig en<br />
kombinerad lösning med den framtagna reglermetoden som använder ett lastberoende<br />
flöde i värmesystemet.<br />
Förslag på fortsatt studie om kontinuerlig drift med en turbindriven pump<br />
För att den hydrauliskt minst fördelaktigt placerade fjärrvärmecentralen i ett fjärrvärmenät<br />
ska erhålla erforderligt differenstryck så utsätts de allra flesta fjärrvärmecentraler<br />
för ett differenstryck som är högre än erforderligt. Som diskuterats i Artikel IV skulle<br />
möjligheten att utnyttja detta för kontinuerlig drift av turbinpumpen kunna utforskas.<br />
Idén är således att ersätta elenergi som används för att driva cirkulationspumpen med<br />
kinetisk energi från fjärrvärmeflödet som annars inte kommer <strong>till</strong> nytta. Även om det<br />
mesta av elenergin <strong>till</strong> pumpar, i fjärrvärmenätet såväl som i värmesystemet, konverteras<br />
<strong>till</strong> kinetisk energi och därefter <strong>till</strong> värmeenergi som innebär en marginell temperaturhöjning<br />
på vattnet, så representerar detta en exergiförlust enligt termodynamikens<br />
andra huvudsats. Det beror på att värdefull energi konverteras <strong>till</strong> värme. Konceptet<br />
innebär att mindre el, totalt sett, måste <strong>till</strong>föras systemet eftersom turbinpumpen tar<br />
<strong>till</strong>vara på nyttigt arbete. Följaktligen kan den annars oundvikliga exergiförlusten reduceras.<br />
Kontinuerlig drift av turbinpumpen kräver ytterligare studier. Arbetsförhållandena<br />
för turbinpumpen blir mindre fördelaktiga vid minskande värmelast på grund av att<br />
förhållandet mellan flödet på sekundär- och primärsidan ökar vilket visats i Artikel IV.<br />
Av den anledningen är det intressant att studera turbinpumpen i kombination med ett<br />
variabelt flöde i radiatorsystemet.<br />
Figur 2 är hämtad från Artikel IV men inkluderar nu även flödesförhållandet för det<br />
optimerade radiatortemperaturprogrammet som presenterades i Artikel I och Artikel<br />
VII. Eftersom optimeringen innebär att flödet reduceras med värmelasten så följer det<br />
primärflödets minskning bättre och förhållandet mellan flödena blir därmed jämnare. I<br />
synnerhet så når inte förhållandet de extremt höga värden vid låga värmelaster som är<br />
fallet med övriga temperaturprogram som använder ett konstant sekundärflöde. Hur<br />
mycket flödesförhållandet ökar vid låga laster beror på vilken undre gräns som sätts för<br />
sekundärflödet.<br />
37
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Flödesförhållande (Vs/Vp) [-]<br />
20<br />
18<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
55/45°C<br />
60/40°C<br />
80/30°C<br />
Var. flöde<br />
2<br />
0<br />
-15 -10 -5 0 5 10 15<br />
Utetemperatur [°C]<br />
Figur 2 Förhållande mellan sekundär- och primärsidans flöde för olika radiatortemperaturprogram<br />
som funktion av utetemperaturen.<br />
Låt oss nu använda uttrycket för den erforderliga totala verkningsgraden på turbinpumpen<br />
som definierades i Artikel IV (η = (∆T p<br />
/ ∆T s<br />
) ∙ (∆p s<br />
/ ∆p p<br />
)) och utvärdera det<br />
optimerade temperaturprogrammet. Följande antaganden gäller:<br />
För 55/45°C-temperaturprogrammet sätts det erforderliga sekundära differenstrycket<br />
<strong>till</strong> 0,5 bar. Ett 60/40°C-program motsvarar att flödet halveras (dubbla temperaturfallet)<br />
och differenstrycket blir då en fjärdedel av 0,5 bar. På samma sätt blir<br />
för 80/30°C-programmet differenstrycket endast en tjugofemtedel av 0,5 bar. För det<br />
optimerade programmet beräknas det sekundära flödet och differenstrycket individuellt<br />
för varje utetemperatur eftersom det sekundära flödet inte är konstant.<br />
Tryck- och temperaturskillnaden på sekundärsidan är nu känd och den primära<br />
temperaturskillnaden är också given (se Artikel IV). Beträffande det primära differenstrycket<br />
så antas två olika fall: ett där fjärrvärmecentralen är lokaliserad väldigt nära en<br />
huvudpump i fjärrvärmenätet och den det andra där fjärrvärmecentralen är lokaliserad<br />
väldigt långt från pumpen. För de båda fallen sätts det maximala differenstrycket<br />
<strong>till</strong> 6 respektive 1,5 bar och det minsta <strong>till</strong> 1,5 respektive 1 bar. Differenstrycket antas<br />
vara konstant för en ökande utetemperatur upp <strong>till</strong> brytpunkten varefter det förutsätts<br />
sjunka proportionellt <strong>till</strong> minimivärdet. Ett tryckfall på 0,5 bar dras ifrån samtliga<br />
värden för att at hänsyn <strong>till</strong> tryckfall i fjärrvärmecentralens övriga komponenter. Detta<br />
resulterar totalt i åtta verkningsgradskurvor, två för varje temperaturprogram, av vilka<br />
sju visas i Figur 3.<br />
38
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Erforderlig total verkningsgrad [%]<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
55/45°C hög<br />
55/45°C låg<br />
60/40°C hög<br />
60/40°C låg<br />
80/30°C hög<br />
80/30°C låg<br />
Var. flöde hög<br />
Var. flöde låg<br />
5<br />
0<br />
-15 -10 -5 0 5 10 15<br />
Utetemperatur [°C]<br />
Figur 3 Erforderlig total verkningsgrad för turbinpumpen för olika radiatortemperaturprogram<br />
som funktion av utetemperaturen.<br />
55/45°C-programmet i en fjärrvärmecentral med ett lågt differenstryck skulle kräva en<br />
verkningsgrad som överstiger 100 procent. För fjärrvärmecentralen med högt differenstryck<br />
kan man nätt och jämt skymta kurvan i det övre vänstra hörnet. Den erforderliga<br />
verkningsgraden för 60/40°C-programmet skulle möjligen kunna fungera för store<br />
delen av temperaturspannet men det blir definitivt svårt att hantera låga värmelaster.<br />
Lågflödessystemet (80/30°C) har avsevärt mycket bättre möjligheter även om det fortfarande<br />
är problematiskt med höga utetemperaturer. Med det optimerade programmet<br />
överstiger däremot den erforderliga verkningsgraden aldrig 3 procent under rådande<br />
antaganden. Även om detta är en enkel beräkning så visar den att det definitivt finns en<br />
potential för en turbindriven cirkulationspump för kontinuerlig drift, även då en pump<br />
används som turbin. Det faktum att den erforderliga verkningsgraden är så pass låg<br />
indikerar att en indirekt (elektrisk) koppling mellan turbin och pump, vilket erbjuder<br />
mer sofistikerad reglering, är möjlig att använda istället för den enkla koppling med<br />
gemensam axel som användes för prototypen, speciellt med tanke på de ökade förluster<br />
en generator och motor medför.<br />
Låt oss nu avslutningsvis återigen titta på figuren som presenterades i introduktionen.<br />
Skillnaden är att den nu är kompletterad med den föreslagna fortsatta studien, se<br />
Figur 4, vilket kan vara ett sätt att kombinera arbetet med förbättrad avkylning och<br />
minskat elberoende.<br />
39
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
Värmesystem med indirekt<br />
fjärrvärmeanslutning<br />
- Negativ<br />
inverkan både<br />
på produktion<br />
och distribution<br />
av<br />
fjärrvärme<br />
- Leder <strong>till</strong> ökad<br />
användning av<br />
primärenergi<br />
Högre returtemperatur<br />
- Utveckla adaptiv<br />
algoritm som använder<br />
variabelt flöde<br />
- Undersöka olika<br />
kopplingsprinciper<br />
Nackdelar<br />
Dyrare<br />
Möjligheter<br />
att mildra<br />
nackdelar:<br />
Låga flöden<br />
i radiatorsystem<br />
Elberoende<br />
- Undersöka möjligheter<br />
för självcirkulation<br />
- Möjligt komplement:<br />
en turbindriven<br />
cirkulationspump<br />
- Känsligt för<br />
elavbrott<br />
- Använder el,<br />
dvs ökad<br />
användning av<br />
primärenergi<br />
Fortsatt studie:<br />
Dessa två kan<br />
kombineras i en robust<br />
fjärrvärmecentral med<br />
en låg returtemperatur<br />
Figur 4 Syftet med avhandlingen, såsom visades i Figur 1, kompletterad med den föreslagna<br />
fortsatta studien.<br />
Således skulle kombinationen av en förbättrad avkylning och ett minskat elberoende<br />
kunna realiseras genom utveckling av turbinpumpen. I ljuset av ett ökat fokus på<br />
primärenergianvändning så värderas minskad elanvändning högt, även om energibesparingen<br />
vid en första anblick kan te sig liten. Exempelvis står i ett så kallat ”recast”<br />
av EU-direktivet 2002/91/EC [6] om <strong>byggnader</strong>s energiprestanda att “a primary energy<br />
indicator and CO 2<br />
emissions indicator shall be used”.<br />
40
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
referenser<br />
[1] Amberg, H., F., Improved utilization of district heating systems by lowering the<br />
return flow temperature, Fernwärme International 9 (1980):3 151-155.<br />
[2] Andersson, T., Göransson, P., Wiberg, G., Reybekiel, B., Kirunametoden – för god<br />
energihushållning, SABO, 1988.<br />
[3] Andersson, S., Werner, S., Utvärdering av funktionsintegrerad fjärrvärmecentral,<br />
Rapport FoU 2005:125, Svensk Fjärrvärme AB, Stockholm, 2005.<br />
[4] Brumm, W., Controlled jet-pump in domestic district-heating stations, Fernwärme<br />
International 7 (1978):5 154-159.<br />
[5] Bøhm, B., On the optimal temperature level in new district heating networks,<br />
Fernwärme International 15 (1986):5 301-306.<br />
[6] Commision of the European communities, Proposal for a Directive of the European<br />
Parliament and of the Council on the energy performance of buildings (recast),<br />
Brüssel, nedladdad från http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=C<br />
OM:2008:0780:FIN:en:PDF, 2 oktober, 2009<br />
[7] Carlson, A., Berry J., Experiences with Combined Heat and Power during the August<br />
14, 2003 Northeast Blackout. Power-Gen 2004 Conference, Orlando, 2004.<br />
[8] County Administrative Board in Stockholm, Redovisning av <strong>till</strong>gången på reservkraft<br />
m.m., maj 2001 (Report on the access to back-up power etc., May 2001),<br />
nedladdad från http://www.ab.lst.se/upload/dokument/raddning_och_sakerhet/<br />
Reservkraft-utv.pdf, 27 november, 2007.<br />
[9] Deckert, W., The use of controlled water-jet pumps in district-heating systems,<br />
Fernwärme International 3 (1974):3 83-88.<br />
[10] Deuster, G., District heat as contribution to an environment compatible, energy<br />
saving and secure energy supply, Fernwärme International 15 (1986):4 198-202.<br />
[11] Energimagasinet, Jämn temperatur kapar energibehov, 22 (2001):6 22.<br />
[12] Energimagasinet, Fjärrvärmecentral med IT avläser automatiskt och kontrollerar<br />
flöden, 23 (2002):6 42.<br />
[13] Eriksson, J., Wahlström, Å., Reglerstrategier och beteendets inverkan på energianvändningen<br />
i flerbostadshus, Rapport 2001:04, Effektiv, 2001.<br />
[14] Euroheat & Power, Ecoheatcool – Reducing Europe’s consumption of fossil fuels<br />
for heating and cooling, Project results, Brüssel, 2006.<br />
[15] Euroheat & Power, Guidelines for District Heating Substations, nedladdad från<br />
http://www.euroheat.org/documents/Guidelines%20District%20Heating%20Substations.pdf,<br />
17 november, 2008.<br />
[16] Euroheat & Power, Decentralised pump system Geniax with miniature pumps,<br />
English edition 6 (2009):1 50-51.<br />
[17] Energi & Miljö, Decentraliserade pumpar på gång, (2008):11 32-34.<br />
[18] Fransson, A., Avkylningsarbete på Göteborg Energi AB 1995-2004 – Praktisk<br />
<strong>till</strong>ämpning av FoU-kunskap, Rapport FoU 2005:132, Svensk Fjärrvärme AB,<br />
Stockholm, 2005.<br />
[19] Frederiksen, S., Wollerstrand, J., Performance of district heating house station in<br />
altered operational modes, 23 rd UNICHAL congress, Berlin, 1987.<br />
[20] Frederiksen, S., Nikolic, D., Wollerstrand, J., District heating house stations for<br />
optimum operation, 24 th UNICHAL congress , Budapest, 1991.<br />
41
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
[21] Frederiksen, S., Werner, S, Fjärrvärme – Teori, <strong>teknik</strong> och funktion, Studentlitteratur,<br />
Lund, 1993.<br />
[22] Funk, P., V., Cogeneration and Emergency Generation in Health Care Facilities,<br />
Cogeneration & Distributed Generation Journal 24 (2009):2 62-70.<br />
[23] FVB, Det är på lägre utgifter du blir rik!, FVB-nytt (1999):6 6.<br />
[24] FVB, Produktionsoptimering av fjärrvärmesystem fram <strong>till</strong> kund, FVB-nytt<br />
(2002):11 3.<br />
[25] Gummérus, P., Analys av konventionella abonnentcentraler i fjärrvärmesystem,<br />
doktorsavhandling, Institutionen för Energi<strong>teknik</strong>, Chalmers tekniska högskola,<br />
Göteborg, 1989.<br />
[26] Gummérus, P., Petersson, S., Robust Fjärrvärmecentral, Rapport A 99-223, Institutionen<br />
för Energi<strong>teknik</strong>, Chalmers tekniska högskola, Göteborg, 1999.<br />
[27] Gummérus, P., Smart district heating station, NordIQ, 2004.<br />
[28] Hell, F., Natürlicher Umlauf in Wasserheizungen, In: Die Warmwasserheizung. Arbeitskreis<br />
der Dozenten für Heizungstechnik (Hrsg.), 2 nd ed., Oldenbourg Verlag<br />
GmbH, München, 1988.<br />
[29] International District Energy Association, IDEA Report: The district energy industry,<br />
USA, 2005.<br />
[30] Johnsson, R., Device in a district heating substation (in Swedish), Patent document<br />
SE 9202719, 1993 (www.espacenet.com)<br />
[31] Jones, K., Mulherin, N., An Evaluation of the Severity of the January 1998 Ice<br />
Storm in Northern New England – Report for FEMA (Federal Emergency Management<br />
Agency) Region 1, US Army Corps of Engineers, Hanover, New Hampshire,<br />
1998.<br />
[32] Küçüka, S., The thermal effects of some control logics used in geothermal district<br />
heating systems, Applied Thermal Engineering 27 (2007):8-9 1495-1500.<br />
[33] Langendries, R., Low Return Temperature (LRT) in District Heating, Energy and<br />
Buildings 12 (1988) 191-200.<br />
[34] Lauenburg, P., Johansson, P.-O., Fjärrvärme vid elavbrott, Institutionen för Energivetenskaper,<br />
Lunds tekniska högskola, 2008.<br />
[35] Lecomte, E., Pang, A., Russell, J., Ice storm ’98, Institute for Catastrophic Loss<br />
Reduction Research Paper Series No. 1, Boston, 1998.<br />
[36] Liao, Z., Swainson, M., Dexter, A.L., On the control of heating systems in the<br />
UK, Building and Environment 40 (2005) 343-351.<br />
[37] Lindkvist, H., Walletun, H., Teknisk utvärdering av gamla och nya fjärrvärmecentraler<br />
i Slagsta, Rapport FoU 2005:120, Svensk Fjärrvärme AB, Stockholm, 2005.<br />
[38] Loustarinen Tero, Värdet av icke levererad fjärrvärme <strong>till</strong> kunder – fjärrvärmecentralens<br />
felfrekvenser i fjärrvärmesystem, Rapport FoU 2005:11, Svensk Fjärrvärme,<br />
Stockholm, 2005.<br />
[39] Meulen, van der, S., F., Load management in district heating systems, Energy and<br />
Buildings 12 (1988) 179-189.<br />
[40] Meyer, A., Mostert, W., Increasing the efficiency of heating systems in Central and<br />
Eastern Europe and the former Soviet Union. ESMAP Paper, Report ESM234, The<br />
42
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
World Bank, 2000, nedladdad från http://www-wds.worldbank.org/servlet/main?<br />
menuPK=64187510&pagePK=64193027&piPK=64187937&theSitePK=523679<br />
&entityID=000094946_00112105321115, 1 juli, 2008.<br />
[41] Nilsson, G., The Mathilda project, 10 th International Symposium on District Heating<br />
and Cooling, Hannover, 2006.<br />
[42] Nourkivi, A., To the Rehabilitation Strategy of District Heating in Economies in<br />
Transition, doktorsavhandling, Helsinki University of Technology, Espoo, 2005.<br />
[43] Olsson, L., Lokala fjärrvärmesystem, doktorsavhandling, Institutionen för termooch<br />
fluidmekanik, Chalmers tekniska högskola, Göteborg, 2001.<br />
[44] Olsson Ingvarsson, L., Werner, S., Building mass used as short term heat storage,<br />
11 th International Symposium on District Heating and Cooling, Reykjavik, 2008.<br />
[45] Overton, L., Heating and ventilating. Embracing hot water supply and air treatment,<br />
5th ed., The Sutherland Publishing co., Manchester, 1944.<br />
[46] Peeters, L., Van der Veken, J., Hens, H., Helsen, L., D’haeseleer, W., Control of<br />
heating systems in residential buildings: Current practice, Energy and Buildings 40<br />
(2008) 1446-1455.<br />
[47] Persson, T., District heating for residential areas with single-family housing – with<br />
special emphasis on domestic hot water comfort, doktorsavhandling, Institutionen<br />
för Värme- och kraft<strong>teknik</strong>, Lunds tekniska högskola, 2005.<br />
[48] Petersson, S., Analys av konventionella radiatorsystem, licentiatavhandling, Institutionen<br />
för Energi<strong>teknik</strong>, Chalmers tekniska högskola, Göteborg, 1998.<br />
[49] Petersson, S., Werner, S., Långtidsegenskaper hos lågflödesinjusterade radiatorsystem,<br />
Rapport FoU 2003:88, Svensk Fjärrvärme AB, Stockholm, 2005.<br />
[50] Petitjean, R., Total hydronic balancing: A handbook for design and troubleshooting<br />
of hydronic HVAC systems, Tour & Andersson Hydronics AB, Ljung, 1995.<br />
[51] Roth, O., Innovative Fernwärmeregelung, Euroheat & Power 33(2004):6 64-67.<br />
[52] Rütschi, M., The return temperature in district heating networks - a key factor<br />
for the economical operation of district heating, Fernwärme International 26<br />
(1997):10 498-508.<br />
[53] Råberger, L., Effektivisering av abonnentcentraler i fjärrvärmenät, licentiatavhandling,<br />
Institutionen för Energi<strong>teknik</strong>, Chalmers tekniska högskola, Göteborg,<br />
1995.<br />
[54] Schelosky, H. U., The possibilities of achieving lower return-flow temperatures in<br />
district-heating systems, Fernwärme International 9 (1980):4 275-80.<br />
[55] Schelosky, H. U., Winkens, H. P., A study on the control capacities of thermostatic<br />
fine control valves installed in district-heating installations with high temperature<br />
difference (between outgoing and return temperatures), Fernwärme International<br />
10 (1981):3 120-132.<br />
[56] Schelosky, H. U., Importance of thermostatic fine regulating valves for district<br />
heating supply from district heating stations, Fernwärme International 11 (1982):4<br />
267-276.<br />
[57] Schmidt, E., Considerations on the behaviour of controlled injector pumps in<br />
district heating installations, Fernwärme International 3 (1974):2 48-50.<br />
43
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
[58] Skagestad, B., Mildenstein, P., District heating and cooling connection handbook,<br />
International Energy Agency IEA District Heating and Cooling, Programme of Research,<br />
Development and Demonstration on District Heating and Cooling, 2002.<br />
[59] Snoek, C., Yang, L., Frederiksen, S., Korsman, H., Optimization of District Heating<br />
Systems by Maximizing Building Heating System Temperature Differences,<br />
Rapport 2002:S2, International Energy Agency IEA District Heating and Cooling,<br />
Programme of Research, Development and Demonstration on District Heating<br />
and Cooling & NOVEM, Sittard, 2002.<br />
[60] Spurr, M., The role of district energy in future energy systems, Cogeneration and<br />
Competitive Power Journal 16 (2001):2 22-47.<br />
[61] Svensk Fjärrvärme AB, Avkylningen i ett fjärrvärmesystem, Rapport FVF 2000:03,<br />
Stockholm, 2000.<br />
[62] Svensk Fjärrvärme AB, LAVA-kalkyl, beräkningsprogram, nedladdad från http://<br />
www.svenskfjarrvarme.se/download/347/V%C3%A4rderingsmetod.xls, 1 juli,<br />
2009.<br />
[63] Statens energimyndighet, Temperaturnivå i fjärrvärme- och blockcentralsystem,<br />
Rapport 1987:2, Liber, 1987.<br />
[64] Statens energimyndighet, Värmeförsörjning vid långvariga elavbrott, Rapport EB<br />
1:1998, 1998.<br />
[65] Statens energimyndighet, Stormen Gudrun och uppvärmningen. Erfarenheter från<br />
elavbrott med inriktning på uppvärmning av <strong>byggnader</strong>., Rapport ER 2005:33,<br />
2005.<br />
[66] Statens energimyndighet, Hur trygg är vår energiförsörjning? En översiktlig analys<br />
av hot, risker och sårbarheter inom energisektorn år 2006, Rapport ER 2007:06,<br />
2007.<br />
[67] Statens Energimyndighet, Energy in Sweden – Facts and figures 2008, Rapport ET<br />
2008:20, 2008.<br />
[68] Statens Energimyndighet, Summary of energy statistics for dwellings and nonresidential<br />
premises for 2007, Rapport ES 2009:06, 2009.<br />
[69] Socialstyrelsen, Isstormen i östra Kanada januari 1998, SoS-<strong>rapport</strong> 2000:09,<br />
2000.<br />
[70] Socialstyrelsen, Krisberedskap i kommunernas socialtjänst 2004 - Rapportering av<br />
ett regeringsuppdrag, Artikelnr 2005-131-12, 2005.<br />
[71] Trüschel, A., Hydronic heating systems – The effect of design on system sensitivity,<br />
doktorsavhandling, Institutionen för Installations<strong>teknik</strong>, Chalmers tekniska<br />
högskola, Göteborg, 2002.<br />
[72] Trüschel, A., Värdet av injustering, Rapport FoU 2005:134, Svensk Fjärrvärme<br />
AB, Stockholm, 2005.<br />
[73] U.S. Environmental Protection Agency, Combined Heat and Power Partnership,<br />
Utility Incentives for Combined Heat and Power, 2008.<br />
[74] Volla, R., Ulseth, R., Stang, J., Frederiksen, S., Johnson, A., Besant, R., Efficient<br />
substations and installations, Report 1996:N5, International Energy Agency IEA<br />
District Heating and Cooling, Programme of Research, Development and Demonstration<br />
on District Heating and Cooling & NOVEM, Sittard, 1996.<br />
44
förbättrad <strong>teknik</strong> för fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong> med vattenburna värmesystem<br />
[75] Wasilewski, W., The influence of the consumer’s installation parameters on district<br />
heating systems, Energy and Buildings 12 (1988):3 173-177.<br />
[76] Werner, S. E., The heat load in district heating systems, doktorsavhandling, Institutionen<br />
för Energi<strong>teknik</strong>, Chalmers tekniska högskola, Göteborg, 1984.<br />
[77] Werner, S., Avoided carbon dioxide emissions from the current global use of district<br />
heating and combined heat and power, Euroheat & Power 2 (2003):1 20-24.<br />
[78] Werner, S., Nytta med svensk fjärrvärmeforskning, Rapport FoU 2004:9, Svensk<br />
Fjärrvärme AB, Stockholm, 2004.<br />
[79] Werner, S., Sköldberg H., Fjärrvärmens omvärld – Beskrivning av kunskaps- och<br />
forskningsläge, Rapport FoU 2007:4, Svensk Fjärrvärme AB, Stockholm, 2007.<br />
[80] Wernstedt, F., Johansson, C., Intelligent distributed load control, 11 th International<br />
Symposium on District Heating and Cooling, Reykjavik, 2008.<br />
[81] Wigbels, M., Bøhm, B., Sipilae, K., Dynamic heat storage optimization and demand<br />
side management, Report 2005:8, International Energy Agency IEA District<br />
Heating and Cooling, CHP Annex VII & NOVEM, Sittard, 2005.<br />
[82] Williams, A., Pumps as turbines – A user’s guide, andra upplagan, ITDG Publishing,<br />
London, 2003.<br />
[83] Winberg, A., Werner, S., Avkylning av fjärrvärmevatten i befintliga abonnentcentraler,<br />
Rapport Hetvatten<strong>teknik</strong> 272, Värmeforsk, 1987.<br />
[84] Wollerstrand, J., Fjärrvärme-abonnentcentraler med genomströmningsberedare<br />
för tappvarmvatten, licentiatavhandling, Institutionen för Värme- och kraft<strong>teknik</strong>,<br />
Lunds tekniska högskola, 1993.<br />
[85] Zinko, H., (editor) et al, Improvement of operational temperature differences in<br />
district heating systems, Report Annex VII I 2005:8 DHC-05.03, International<br />
Energy Agency IEA District Heating and Cooling, Programme of Research, Development<br />
and Demonstration on District Heating and Cooling & NOVEM, Sittard,<br />
2005.<br />
45
Fjärrsyn – forskning som stärker konkurrenskraften för fjärrvärme och fjärrkyla genom ökad<br />
kunskap om fjärrvärmens roll i klimatarbetet och för ett hållbart samhälle, <strong>till</strong> exempel genom<br />
att bana väg för affärsmässiga lösningar och framtida <strong>teknik</strong>. Programmet drivs av Svensk<br />
Fjärrvärme med stöd av Energimyndigheten. Mer information finns på www.fjarrsyn.se<br />
förbättrad <strong>teknik</strong> för<br />
fjärrvärme <strong>till</strong> <strong>byggnader</strong><br />
med vattenburna värmesystem<br />
Här redovisas helt ny kunskap om hur <strong>byggnader</strong> kan <strong>till</strong>godogöra sig<br />
fjärrvärme under elvabrott. Studien visar att en betydande värmeförsörjning<br />
kan upprätthållas i de flesta typer av <strong>byggnader</strong> eftersom det förekommer<br />
självcirkulation i många värmesystem. Rapporten innehåller<br />
fler innovativa idéer på åtgärder som kan minska kundens elberoende, <strong>till</strong><br />
exempel turbindriven cirkulationspump.<br />
Patrik Lauenburg visar också genom en ny reglermetod för värmesystem<br />
potentialen att kunna sänka returtemperaturen. Metoden innebär<br />
reglering av både framtemperatur och flöde i systemet. Han har också<br />
studerat möjligheten att förbättra avkylningen genom olika kopplingsprinciper<br />
i fjärrvärmecentraler.<br />
Svensk Fjärrvärme • 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
Change language