No description available.

Detta examensarbete har utförts vid Riksbyggen i Umeå och är det avslutande arbetet som uppfyller kraven för en magisterexamen i energiteknik vid Umeå Universitet.   Riksbyggen övertog 2010 ägandet av flera fastigheter på korpralsvägen i Umeå. En upprustning av fastigheterna hade vid övertagandet påbörjats av den tidigare ägaren under 2009. Förutom att rusta upp och bygga till fler lägenheter i de befintliga huskropparna installerades ventilationsåtervinning med värmepump i några av husen. Sedan idrifttagning av den nya ventilationsåtervinningen i husen har värmepumparna levererat dåligt med värme, vilket medfört en högre fjärrvärmeanvändning och driftkostnad för husen än vad som ursprungligen var beräknat. Enligt rådande prismodell för fjärrvärme från Umeå Energi, ska en fjärrvärmekund som installerat värmepump beläggas med en korrektionsfaktor som kraftigt ökar den fasta kostnaden i fjärrvärmepriset. Detta trotts att värmepumpen sänker toppeffektbehovet vilken även är dyr att producera för Umeå Energi. Riksbyggen vill främst veta vad som är fel i de nuvarande värmepumpanläggningarna och om Umeå Energi verkligen förlorar på att toppeffektbehovet sänks för fastigheterna. Genom samtal med underentreprenörer, beräkningar med befintliga data samt utförda mätningar av ventilationsflöde och temperatur har energiprofiler beräknats för värmepumparna och husen.   Det visade sig att den tänkta styrningen av värmepumparnas produktion medför återkopplingsproblem orsakade av fjärrvärmen. Det går att styra fjärrvärmetillsatts överordnat från pumparna vilket eliminerar återkopplingsproblemet men denna lösning har av okänd anledning inte valts. Vid beräkningar av husens energiprestanda visar det sig även att både Umeå Energi och de boende i husen i dagsläget förlorar upp emot 11-13 % av de möjliga intäkterna/ driftkostnaderna på det nuvarande driftfallet. Optimeringsberäkningar visar att förlusten kan vändas till en nästan lika stor vinst för Umeå Energi och göra fjärrvärme som spets betydligt billigare för de boende. Detta förutsätter att värmepumparna stängs av sommartid och att de levererar en jämn grundlast året om. Vinst/förlustmarginalerna för fjärrvärmens vara eller icke vara är dock små och ligger innanför felmarginalen i beräkningarna. / This thesis has been written for Riksbyggen in Umeå and is the final examination that completes the requirements necessary to obtain a master’s degree in energy technology of length 1 year at the University of Umeå. Riksbyggen took in 2010 over the ownership of several residential buildings on korpralsvägen in Umeå. The former owner prior to Riksbyggens overtaking initiated a major restoration of the buildings during 2009. In addition to renovating the buildings more apartments were built within the existing building shells. Exhaust air heat recovery in the exiting ventilation with heat pumps, was also installed in some of the houses. Since commissioning the heat pumps haven’t delivered as expected. This has led to higher district heat usage and operating costs than originally calculated. According to Umeå Energis current price model for district heat, customers who install a heat pump get charged with a correction factor that greatly increases the fixed cost of district heat. This is done despite the heat pumps reduce peak power which is the most expensive power to produces for Umeå Energi. Riksbyggen mainly wants to know what’s wrong with the heat pumps and if Umeå Energi really loses when peak power is reduced. Through conversations with the contractors, calculations with existing data and own measurements of air flow and temperature, the energy profiles have been calculated for the buildings and heat pumps. It turned out that the control system for the heat pumps involved a feedback error caused by the addition of district heat. The addition of district heat during peak power tip can be controlled from the pumps own internal control system which eliminates the current feedback problem but this solution has for unknown reasons not been chosen. When calculating the buildings energy performance, it also appears that both Umeå Energi and the residents of the buildings loses up to 11-13% of the possible revenues/operating costs  due to the current operating mode. Optimization calculations show that the loss can be turned into an almost equally large gain for Umeå Energi and make district heat cheaper for the residents to use as peak power tip. This assumes that the heat pumps are turned off during the summer and that heat is delivered steady during the rest of the year.  The gain/loss margin for keeping or getting rid of district heat as peak power tip are although small and lies within the error margin of the calculations.

The Swedish Government has set a target to reduce energy consumption through energy efficiency within the construction and real estate sector. The purpose of the study is to examine how energy efficiency within this sector could affect the district heating volume in the future, on basis of Vattenfalls district heating system in Uppsala. An Excel model has been created to study how energy effficiency measures affects district heating demand in buildings by 2045, based on technical and economical conditions. Furthermore, an interview study has been conducted to examine incentives for district heating customers to invest in energy efficiency measures. Result of the Excel model shows that the district heating volume of Vattenfall in 2045 is expected to 931 GWh, which corresponds to a volume decrease of 10,6 %. Based on the study’s theoretical framework only 15 %, 1 024 GWh, of the technical-economical potential is assumed to be implemented. Result of the interview study shows that factors as lack of competence, financial demands and problems linked to incentive structure among district heating customers can counteract a reduction of the district heating volume. Incentives that promotes further energy efficiency are environmental goals and influence from society. Customer comfort is identified as a factor both for and against energy efficiency. In conclusion, an energy efficiency potential between 1,6 and 10,6 % is assumed to be a reasonable estimation. Therefore, the result of the study indicates that the estimated energy efficiency in buildings will not have a major impact on Vattenfall’s future district heating volume.

When several production units provide a district heating network, water is pumped from different directions. When the flows from the plants finally meet in the network, the water can be completely still. These places are called zero flow zones. In district heating networks with several plants, which also have different supply temperatures, large and frequent temperature fluctuations can occur when the zero flow zones move. This may cause wear on the pipes, a phenomenon called low cycle fatigue. For this reason it is important to examine where and when zero flow zones that cause temperature changes occur. The purpose of this thesis was therefore to investigate how temperature changes caused by zero flow zones influence Fortum’s district heating network. Simulations in the software TERMIS and literature reviews regarding temperature variations in district heating pipes were used. The results showed that low cycle fatigue in district heating pipes is rare. The design criteria that the European standard, EN13941, contain are well proportioned. However, pipe manufacturers agree to that temperature changes should not occur too quickly to minimize potentially harmful bending moments. Most of the surveyed manufacturers recommend that temperature changes should not be faster than 10°C/h. The simulations showed that temperature variations occurred exclusively in an area where the flows from two different production units with a significant difference in supply temperature met. The conclusion is thus that no specific actions need to be implemented to prevent the temperature variations. This is because they are not considered as a major issue.

Detta arbete gjordes på Varberg Energi, fjärrvärmeverket ”Flisan af Varberg”. Arbetet har gått ut på att lösa ett driftproblem på rosterkylkretsarna till fjärrvärmeverkets biobränsle- pannor (panna 7 och 8). Dessa pannor används för att värma Varbergs fjärrvärmenät och går som spetslast mot den spillvärme från Södra Cell (massabruk norr om Varberg) som till största delen används för fjärrvärmeproduktion. Rostrarna är den del på ugnsdelen utav pannan där bränslet transporteras under tiden som det brinner. Rosterkylkretsen används för att kyla rostrarnas axlar, för att dessa inte ska deformeras av värmen från bränslet. På Varberg Energis pannor fungerade inte denna anordning, då den går i nödkylningsläge, på grund utav övertemperatur. Detta arbete har haft syftet att utreda orsaker till problemet och därefter föreslå lösningar. För att komma fram till potentiella lösningar har olika typer av mätningar gjorts, dessa har sedan analyserats tillsammans med de principskisser och produktblad som funnits tillgängliga. Lösningarna som presenterats har efter detta testats av Varberg Energi på en av de två pannorna. Problemet låg i att cirkulationspumpen i kretsen varit för liten, vilket i sin tur gjort att flödet i kretsen blivit för dåligt. Kretsen blir då överhettad vilket utlöser nödkylningsläge, som innebär att kallt vatten från stadsnätet pumpas igenom kretsen istället för det vatten som vanligtvis är inneslutet i kretsen. Detta nya vatten innehåller syre, vilket resulterar i korrosion inuti ledningarna. Korrosionen ökar motståndet i ledningarna, vilket i sin tur gör att cirkulationskretsen fungerar sämre, allt resulterar i en ond cirkel, där felet hela tiden förvärras. Felet ifråga avhjälptes genom att byta cirkulationspumpen för att sedan tvätta ur alla korrosionsbeläggningar som uppstått i rören. Även slangar som varit utslitna har bytts ut. Lösningarna har medfört goda resultat, då driftfelet inte längre existerar.

The City of Stockholm are working to reduce the emissions from district heating in Stockholm. The aim of this master thesis was to calculate the emission factors for the two district heating grids that AB Fortum Värme operates in Stockholm. The emission factors are calculated on a monthly basis for year 2015. To also get an understanding of how the emission factors will change the coming years calculations have been made based on a scenario for year 2020. A summer week, an autumn week and a winter week was studied with an hour based time resolution. For the three weeks’ emission factors was calculated for the two grids, this was made to get a higher time accuracy. Thereafter the peak load times for the two grids were studied. The result gave that the annual average emission factor for the grid City-södra was 111 gCO2-equivalents/kWh and for the grid Nordvästra the figure was 41 gCO2-equivalents/kWh. Part of the aim of this study was to investigate the effects of reducing peak loads in the district heating grids. The result gave that peak reducing will be most beneficial in the winter. This was because the peaks were most distinct over the winter week. Moreover, the amount of fossil oil will reduce if the peaks in the winter week can be reduced.

Optimizing energy systems is, in Sweden, as in many other countries, of growing interest. District heating systems are no exception. In 2012, 285 out of 290 municipals in Sweden had district heating in use and the majority of these systems have a higher return temperature than that which is possible with an error-free substation of day current technology. To, when possible, lower the return temperature is a way of increasing the effectiveness of the district heating system.This study means to investigate, through simulations and calculations, how big of a reduction in production cost a lower temperature in the city of Ystad’s district heating system would correspond to. The results show that a cold year, such as 2010, 1.8 SEK of the production cost could be saved per MWh sold heat for a whole year and 1°C temperature lowering. Equivalent value for a warm year such as 2011 was concluded to be 1.2 SEK/MWh,°C.

Smurfit Kappa äger Europas största kraftlinerbruk i Piteå. I dagsläget säljer Smurfit Kappa fjärrvärme till PiteEnergi med en maximal kapacitet av cirka 95 MW, där PiteEnergi sedan distribuerar ut fjärrvärmen till sina abonnenter i Piteå. Smurfit Kappa kan tillgodose mer än 90 % av Piteås årliga fjärrvärmebehov, vilket i sin tur sker till cirka 90 % genom spillvärme och 10 % genom att kondensera ånga direkt från pannorna i en spetsvärmeväxlare.Den levererade fjärrvärmeeffekten kan regleras både via framledningstemperaturen på fjärrvärme-vattnet och via volymflödet. Värmebehovet beror främst på utomhustemperaturen, men även sociala faktorer påverkar, såsom att mer tappvarmvatten används när folk duschar på morgonen. Fram-ledningstemperaturen på fjärrvärmevattnet styrs i dagsläget av utomhustemperaturen. Temperatur-ändringen når abonnenterna med en tidsfördröjning som beror på deras avstånd till fjärrvärmeverket och vattnets hastighet. Abonnenterna tillgodoser sitt värmebehov genom att reglera volymflödet i sina abonnentcentraler. Vid en hastig stegring av värmebehovet finns det risk för att det efterfrågade volymflödet tillfälligt överskrider pumpkapaciteten. För att förhindra detta har pumpningen historiskt skett med en säkerhetsmarginal, till kostnad av en högre framledningstemperatur och därigenom högre distributionsförluster. Genom att implementera ett lastprognosverktyg som prognostiserar fjärrvärmebehovet kan framledningstemperaturen variera i symbios med värme-behovet under de tillfällen pumpkapaciteten är nära sin maximala begränsning.I denna rapport utvärderas energimässiga och ekonomiska besparingsmöjligheter genom implementering av ett lastprognosverktyg för fjärrvärmeproduktion vid Smurfit Kappas kraftliner-bruk i Piteå. Genom att kombinera mätvärden på timbasis från Smurfit Kappa tillsammans med gränsvärden för maximal pumpning och lägsta framledningstemperatur estimeras energiflödens förhållande till relevanta fjärrvärmevariabler, såsom framledningstemperatur och volymflöde, genom att kombinera termodynamik med regressionsanalys.Resultatet visar att lastprognosverktyget kan bidra till att ersätta drygt 40 % av spetsvärmen med spillvärme. Ofta finns mer spillvärme tillgänglig än den som utnyttjas, men med en alltför låg temperatur. Genom att sänka framledningstemperaturen kan då en större andel spillvärme utnyttjas, vilket resulterar i att mindre biobränsle behöver tillföras. Utöver detta kan distributionsförlusterna minskas med knappt 1 %, genom att framledningstemperaturens i snitt sänks med cirka 4°C. Fjärrvärmenätets tillskott av fossilt bränsle används idag främst som reservkraft och inte vid spetslast, vilket inte går att effektivisera med ett lastprognosverktyg.Implementeringen av lastprognosverktyget har en återbetalningstid på ca 2 år och bidrar sannolikt även med indirekta ekonomiska besparingar genom att exempelvis fungera som ett beslutsunderlag.

The birth of district heating was during the late 1800s in the United States and Germany. The "real" start of the first municipal district heating plant in Sweden was on October 29 1948 in Karlstad. After the start in Karlstad everything moved really slowly until the mid-60s when the use of district heating doubled from five TWh/year to ten TWh/year. Despite the doubling during the 60:s came the real "explosion" of district heating after the oil crisis in 1973. In 1998 decided Municipality of Arvidsjaur that they had to do something about the current environment in the city. This was caused because most of the villas and industrial houses in the municipality had its own wood-fired or oil-fired heating systems. Six years later in 2004 started a company called Arvidsjaurs Energi AB, and the purpose for this company was to provide the city of Arvidsjaur with hot water and heat to the houses. Today’s supply for Arvidsjaurs Energi is 337 smaller houses and 109 bigger customers such as industrial houses. With three pellet boilers and a oilheater (as reserve) they provide heat during the peakload and the period when the main 8,4 MW woodchip hot water boiler is stopped due maintenance. A lot of money has been invested in the district heating, which has been proved to be a successful investment for the municipal. With district heating it follows many work opportunities, and one of that is working with statistics and key figures and that is what this project will be working with. The appearance of this work came when the workers at Arvidsjaurs Energi had noticed that the work with statistics and key figures where a lot time consuming. The result of this work will be a Excel sheet that will free some time for the workers. It will contain everything from line losses, used fuel, produced energy and sold energy.   The resulting Excel sheet contained all the various parameters mentioned above, but it was also much less than was thought in the beginning. The resulting product of this work is currently used by workers at Arvidsjaurs Energi AB and has proved to ease the work around statistics, which also was one of the goals with this work. / Fjärrvärmens födelse skedde i USA och Tyskland redan under 1800-talets slut. Den ”riktiga” starten i Sverige och det första kommunala fjärrvärmeverket startades 29 oktober 1948 i Karlstad. Efter starten i Karlstad var fjärrvärmeanvändningen låg ända fram tills i mitten på 60-talet då användningen av fjärrvärme fördubblades från fem TWh/år till tio TWh/år. Trots fördubblingen under 60-talet kom den verkliga ”explosionen” efter oljekrisen 1973. År 1998 bestämde Arvidsjaurs kommun att de var tvungna att göra något åt den rådande miljön som speciellt på vintern visade sig som inversion över samhället. Detta berodde på att de flesta villorna i kommunen använde sig av en egen vedeldad eller oljeeldad panna. Sex år senare startades Arvidsjaurs Energi AB upp och detta fjärrvärmebolag skulle nu förse Arvidsjaurs tätort med varmvatten i kranarna och varma element. Idag förser Arvidsjaurs Energi 337 villor och 109 ”större” kunder såsom industrihus. Med tre pelletspannor som spetslast och under revisionsperioden en oljepanna och en 8,4 MW biofastbränsle panna producerar de ca 40 GWh/år. Fram tills idag och i framtiden kommer mer satsningar att göras på fjärrvärmen, vilket inte har varit något negativt för kommunkoncernen. Med fjärrvärmen följer också jobb som måste göras och en av dessa är redovisningen av nyckeltal som skall ske både kvartalsvis och årsvis. Denna rapport kommer att beröra arbetet med detta och ett försök till att tidseffektivisera arbetet, då det idag är väldigt tidskrävande. Resultatet kommer att vara ett Excelark som belyser de viktigaste nyckeltalen för Arvidsjaurs Energi på ett resultatblad i Excel, där diverse andra beräkningar kommer att utföras på ett inmatningsblad. Det som kommer att användas är bland annat ledningsförluster, försåld energi, producerad energi och använt bränsle.   Slutresultatet av arbetet blev också ett Excelark med de olika parametrarna som är nämnda ovan, men det blev också betydligt mindre än vad som var tänkt i början. Arbetet används idag av arbetarna på Arvidsjaurs Energi AB och har underlättat de rutiner som finns runtomkring statistiken vilket också var ett av målen med arbetet.

Det har blivit allt vanligare att kombinera fjärrvärme med en frånluftsvärmepump i Sverige, speciellt i flerfamiljsbostäder. En anledning till att frånluftsvärmepumpar blir allt vanligare är Boverkets regler för mängden köpt energi som idag gynnar frånluftsvärmepumpar. En annan anledning är att fastighetsägare vill minska sina energikostnader genom att ta tillvara energin ur frånluften i huset som annars går förlorad. Arbetet har utförts på uppdrag av WSP Process i Karlstad med syftet att ge en ökad förståelse för hur anslutning av en frånluftsvärmepump påverkar ett befintligt fjärrvärmesystem i ett flerfamiljshus i Karlstads kommun. Detta sett ur både fastighetsägarens och fjärrvärmeleverantörens perspektiv, med fokus på energianvändning och ekonomi. En jämförelse har gjorts mellan två, vad gäller storlek och energianvändning, likvärdiga flerfamiljsbostäder i Karlstads kommun. Den ena bostaden har frånluftsvärmepump i kombination med fjärrvärme för uppvärmning, medan den andra bostaden enbart värms med fjärrvärme. Data för de båda byggnaderna har använts tillsammans med beräkningar för att ta fram resultaten. Det visade sig att med en frånluftsvärmepump installerad sparas 49 MWh/år i energianvändning. På årsbasis använder de två flerfamiljsbostäderna idag strax över och strax under 200 MWh energi för uppvärmning, vilket gör 49 MWh till en stor energibesparing. Fastighetsägarens energikostnad är 16 % högre för bostaden med frånluftsvärmepump och fjärrvärme i kombination jämfört med bostaden med enbart fjärrvärme, räknat över en 15-årsperiod. För fjärrvärmeleverantören innebär inkopplingen av frånluftsvärmepumpen att returtemperaturen höjs betydligt (avkylningen försämras) i fjärrvärmenätet. Detta beror till viss del på att frånluftsvärmepumpen är inkopplad på värmesystemets returledning. För att undvika den dåliga avkylningen bör istället frånluftsvärmepumpen installeras på värmesystemets framledning, vilket är ett förslag som beskrivs i rapporten. Överföringseffektiviteten är bättre för bostaden med enbart fjärrvärme, 16,3 m3 fjärrvärmevatten pumpas runt per MWh levererad fjärrvärme. Detta jämfört med 19,1 m3/MWh för bostaden med frånluftsvärmepump och fjärrvärme i kombination. Detta leder till att det är mer lönsamt för fjärrvärmeleverantören att sälja fjärrvärme till bostaden med enbart fjärrvärme som har högre överföringseffektivitet. / It has become more and more common to combine district heating with an exhaust air heat pump in Sweden, especially in multi-family dwellings. One reason that the exhaust air heat pumps are becoming more common is Boverket's rules on the amount of energy a dwelling can purchase, which today favors the exhaust air heat pumps. Another reason is that property owners want to reduce their energy costs by taking advantage of the energy from the exhaust air in the house, that otherwise would be lost. The work has been performed on behalf of WSP Process in Karlstad. The aim has been to provide a better understanding of how the connection of an exhaust air heat pump affects an existing district heating system in a multi-family dwelling in the municipality of Karlstad. This is seen from both the property owner's and the district heating supplier's perspective, focusing on energy and economy. A comparison has been made between two, in terms of size and energy use, equivalent multi-family dwellings in the municipality of Karlstad. One dwelling has exhaust air heat pump combined with district heating as heat source, while the other dwelling is heated only by district heating. Data for the two buildings have been used together with calculations to produce the results. It turned out that with an exhaust air heat pump installed, 49 MWh per year was saved in energy use. On an annual basis the two multi-family dwellings today uses just above and just below 200 MWh of heating energy each, which makes 49 MWh a huge energy save. The property owner's energy costs are 16 % higher for the dwelling with exhaust air heat pump and district heating in combination compared to the dwelling with only district heating, calculated over a period of 15 years. For the district heating supplier, the combination of the exhaust air heat pump and district heating raises the return temperature significantly (cooling deteriorates) in the district heating network. This is partly because the exhaust air heat pump is connected to the radiator system's return-side. To avoid the bad cooling, the exhaust air heat pump should instead be installed on the radiator system's forward conduit, which is a proposal that has been described in the report. The efficiency of heat transfer is better for the dwelling only supplied by district heating; 16,3 m3 heating water is pumped per MWh of sold district heating. This is compared to 19,1 m3 per MWh for the home with exhaust air heat pump and district heating in combination. This means that it is more profitable for the district heating supplier to sell district heat to the home supplied only by district heating that has higher heat transfer efficiency.