I Sverige finns det cirka 2,7 miljoner lägenheter i flerbostadshus, varav merparten är byggda innan 1980 med sämre energiklasser. Till följd av nya hållbarhetskrav från myndigheter kopplat till energiprestanda är det troligt att flerbostadshus i större utsträckning kommer utrustas med solceller och värmepumpar vid renovering. I dagsläget är fjärrvärme (FJV) den vanligaste energikällan i flerbostadshus. I detta examensarbete undersöks med hjälp av simuleringar i PVsyst (Photovoltaic systemsimulation software), ett kombinerat system med FJV, frånluftsvärmepump (FVP) och solceller i ett flerbostadshus ur en ekonomisk synvinkel. En känslighetsanalys på inköpspriser och priser på såld solel görs på uppdrag av bostadsföretaget AB Stora Tunabyggen. Syftet är att ge svar på när det är lönsamt att enbart använda FJV till fastigheten i Borlänge, jämfört med en kombination av FVP och FJV. Det är fyra scenarion som simuleras. Det första scenariot simulerar enbart FJV med solceller och fastighetens elbehov utan FVP. Det andra och tredje scenariot simulerar en FVP med solceller och värmefaktor 2,5 respektive 3,0 med fastighetens totala elbehov. Det fjärde scenariot är identiskt med scenario 2 (S 2), men med tidsstyrning. Valet av värmefaktor är den största felkällan, där beräknade värmefaktorer för år 2021 för fastigheten använts som utgångspunkt. Solelen som används av fastigheten har antagits vara gratis,vilket talar till FVP nackdel om egenanvänd solel i stället påförts en kostnad. Resultatet bygger på jämförelser av totala kostnader för fastighetens energi, där scenario 1 (S 1) med FJV jämförs med scenario 2–4. I perioden juni – augusti är det fördelaktigt med FJV oavsett priser på el, då fjärrvärmepriser är låga och såld solel gör det lönsamt. För övriga månader, påverkar kostnaden för inköp av el brytpunkten mest, som varierar mellan 0,5 – 1,3 kr/kWh (exkl. moms, skatt och elnätsavgifter) beroende på scenario och månad. Anledningen är att överproduktionen är liten i förhållande till inköpt energi i scenario 2 – 4 dessutom är grundkostnaden för inköpt el högre med elnätsavgifter och skatter. Slutsatsen ur ekonomisk synvinkel, är att byggnaden bör använda FJV juni – augusti. Övriga månader kan AB Stora Tunabyggen titta på resultatet av känslighetsanalysen och välja ett scenario som bedöms troligt.

When constructing a new house many questions appear, from architecture to decisions regarding installations. Sweden is situated in a cold part of the planet and questions regarding which heating system to install face everyone who decides to build a new house. This thesis describes a construction solution of a villa in Kiruna. The extended essay analyzes which heating system is most suitable for the construction. The options are geothermal, district and pellet heating systems. The aspects of interest in this study are economics, service and maintenance, as well as environmental impacts. Another important factor is how well the system can be integrated in the indoor space design. Conclusions are made from facts presented about the systems. The conclusion drawn from the comparison is that the choice of heating system is a complex question with many possible answers. A combination of individual values and the geographical area of the house are essential factors. In order to give the systems equal conditions they were all presumed to have great geographical localization to the villa and also buyers that, according to the writers, has normal values. The study showed that a geothermal heating system is the best solution for the constructed house. However, the comparison indicated that the other systems are almost as good solutions. That is probably why district, geothermal and pellet heating systems are all so common on the Swedish market.

Det kalla klimatet i Sverige, framför allt i de norra delarna, ställer höga krav på uppvärmningen av byggnader och varmvatten. Att välja rätt värmesystem kan därför vara lönsamt, både ekonomiskt och miljömässigt. Fjärrvärmen är det vanligaste uppvärmningsmetoden i större byggnader, medan småhus ofta använder sig av värmepumpar. Studier har visat på att kombinationer av fjärrvärme och bergvärmepumpar kan ha ekonomiska fördelar. Det blir därmed intressant att undersöka vilken kombination av de två värmesystemen som är mest ekonomiskt fördelaktig. För att beräkna det har en beräkningsmodell skapats baserat på ett nybyggnadsprojekt i Umeå kallat Verkstan. Tanken är att beräkningsmodellen ska kunna beräkna vilken effektfördelning samt energitäckningsgrad som är mest gynnsam, vilket gjordes genom att beräkna minimum i ickelinjära uttryck. För att genomföra beräkningarna användes ett plugg in program i Excel kallat Solver. Livscykelkostnad samt payback tid användes för att beräkna uppvärmningssystemens lönsamhet. Där utöver undersöktes även den miljömässiga aspekten av de olika värmesystem som beräknats, vilket baserades på utsläpp kopplade till driften. Genom utsläppen av koldioxidekvivalenter till atmosfären inom el- och fjärrvärmeproduktionen beräknas och jämförs de årliga utsläppen för olika värmesystem.   Beräkningarna visade på tydliga ekonomiska fördelar med ett kombinerat system, vilket även finner stöd i litteraturen. Resultaten från beräkningsmodellen visade på att effekten hos den installerade bergvärmepumpen i Verkstan är lägre än optimalt, och en högre effekt skulle möjliggöra betydande besparingar, upp emot 1,2 miljoner kr. Den valda effekten innebär dock betydande besparingar jämfört med ett system bestående av enbart fjärrvärme. En känslighetsanalys genomfördes, vilket undersökte vilken påverkan förändringar på parametrar har på resultatet. Den visade att trots betydande påverkan på livscykelkostnaden var det kombinerade systemet ekonomiskt fördelaktigt. Osäkerhet i beräkningsmodellens möjlighet att uppskatta energitäckningsgrad innebär att vidare studier och konfirmering av modellen vore önskvärd. Ur en miljösynpunkt visade beräkningar på två skilda resultat beroende på om direkta eller indirekta utsläpp beräknades. I de fall då enbart direkta utsläpp från el- och fjärrvärmeproducenterna användes i beräkningarna visade resultatet på tydliga fördelar vid användandet av bergvärmepumpar. Användes i stället indirekta utsläpp i form av utsläppen kopplade till marginalel och marginalfjärrvärme vid beräkningarna visade resultaten på lägre utsläpp vid användning av fjärrvärme. En vidare diskussion kring vilka utsläpp en slutanvändare av el eller fjärrvärme är ansvarig för, samt de olika värmesystemens utsläpp sett till hela livstiden vore intressant för framtida undersökningar. / The cold climate in Sweden, especially in the northern parts, places high demands on the heating of buildings and hot water. Choosing the right heating system can therefore be profitable, both economically and environmentally. District heating is the most common heating method in larger buildings, while single-family homes often use heat pumps. Studies have shown that combinations of district heating and geothermal heat pumps can have economic benefits. It would thus be interesting to investigate which combination of the two heating systems is most economically advantageous. To calculate this, a calculation model was created based on a new construction project in Umeå called Verkstan. The idea is that the calculation model should be able to calculate which power distribution and energy coverage ratio is most favorable, which was done by calculating the minimum in non-linear expression. To perform the calculations, a plug-in program in Excel called Solver was used. Life cycle cost and payback time were used to calculate the profitability of heating systems. In addition, the environmental aspect of the various heating systems that were calculated was also examined, which was based on emissions linked to operations. Through the emissions of carbon dioxide equivalents to the atmosphere in electricity and district heating production, the annual emissions for different heating systems were calculated and compared.   The calculations showed clear economic benefits of a combined system, which also finds support in literature. The results from the calculation model showed that the power of the installed ground source heat pump in Verkstan was lower than optimal, and a higher power would enable significant savings, up to SEK 1.2 million. However, the selected effect means significant savings compared to a system consisting only of district heating. A sensitivity analysis was performed, which examined the effect of changes in parameters on the result. It showed that despite the significant impact on the life cycle cost, the combined system was economically advantageous. Uncertainty about the calculation model's ability to estimate the energy coverage ratio means that further studies and confirmation of the model would be desirable. From an environmental point of view, calculations showed two different results depending on whether direct or indirect emissions were calculated. In cases where only direct emissions from electricity and district heating producers were used in the calculations, the results showed clear advantages in the use of geothermal heat pumps. If indirect emissions were used instead, in the form of emissions linked to marginal electricity and marginal district heating in the calculations, the results showed lower emissions when using district heating. A further discussion about which emissions an end user of electricity or district heating is responsible for, as well as the emissions of the various heating systems for the entire lifetime would be interesting for future investigations.

Denna studie analyserar de rapporterat höga förlusterna i ett småskaligt fjärrvärmenät i Lessebo där styrkort för år 2013 redovisar förluster på 38 %. Genom att med en kvantitativ metod beräkna de värmeförluster som sker genom värmeledning i rörnätet görs en bedömning om rörnätets utformning är källan till de höga förlusterna eller ej. Studien ger indikationer på att fjärrvärmenätet i Lessebo är bra utformat och det därför finns oidentifierade orsaker till de höga förlusterna. Utöver redogörande av värmeförluster ger rapporten även kunskaper om fjärrvärmebranschens flera tekniker, begränsningar och framtida utvecklingsmöjligheter.

District heating is the most common source of heating in Sweden and has played a crucial part in the country’s substantial reductions of carbon dioxide emissions. This recycling technology is ideal in order to use thermal energy as efficiently as possible and makes the goals set for a sustainable future more achievable. The future potential of this technology is therefore huge. Today, a lot of the district heating systems have installed heat storages in order to improve the systems reliability and performance. These heat storages have the potential to be utilized even further in the future by acting as a balancing power for the power grid. However, there is currently no data available regarding the storage capacity available in the district heating systems. This thesis therefore seeks to quantify the installed storage capacity in Swedish district heating systems. The data gathered regarding this can then be utilized in research regarding potential future applications of heat storages, such as balancing the power grid. All collected data regarding heat storage capacity has also been analyzed in an effort to find any correlations between the relative storage capacity and the size, energy sources, customer prices and operational costs of each investigated system. This analysis has concluded that most of the district heating systems in Sweden have installed storage capacity and that it is more commonly used in larger systems. It is also concluded that most of the installed storage capacity is used to counteract daily heat load variations. The heat storages influence district heating systems by reducing their operational costs as well. / Den vanligaste formen av uppvärmning i Sverige är fjärrvärme. Sverige har minskat landets utsläpp av koldioxid kraftigt det senaste årtiondet och fjärrvärmen har bidragit stort till denna bedrift. Denna teknologi är ideal när det gäller att återvinna samt använda värme så effektivt som möjligt. Potentialen för den teknik i framtiden är därför stor. Många fjärrvärmesystem har idag värmelager i systemet för att öka dess effektivitet och pålitlighet. Dessa värmelager kan potentiellt utnyttjas ännu mer i framtiden genom att aggera som balanskraft för elnätet. Det finns dock ingen data tillgänglig gällande lagerkapaciteten som finns tillgänglig i fjärrvärmesystemen i dagsläget. Syftet med detta examensarbete är därför att kvantifiera och analysera den installerade lagerkapaciteten i Sveriges fjärrvärmesystem. Den insamlade datan kan sedan användas i studier för framtida applikationer för värmelager, så som att agera som balanskraft för elnätet. All insamlad informationen om värmelagernas kapacitet har även analyserats för att hitta samband mellan den relativa lagerkapaciteten för varje fjärrvärmesystem och dess storlek, energikällor, kundpriser samt driftkostnader. Slutsatser som har dragits från denna analys är att de flesta fjärrvämesystemen i Sverige har värmelager installerade, samt att värmelager är vanligare i större fjärrvärmesystem. De flesta värmelagren används till att balansera daliga variationer i värmelasten och värmelager sänker även driftkostnaderna för fjärrvärmesystemen.

En studie över jämförelsen av fjärrvärme i Helsingborg och bergvärme har utifrån resursutnyttjande, klimatpåverkan och ekonomi genomförts. Till detta har scenarion med solcellsanläggningar som komplement till bergvärmesystemet jämförts. Genom att förbruka fjärrvärme istället för bergvärme så skulle ett Nils Holgersson hus under 2013 förbruka 25 MWh mindre primärenergi, vilket mostsvarar 2 ton råolja och 5 ton pellets. Det billigaste bergvärmesystemet i studien hade en årskostnad på 9 000 kr mer än fjärrvärmen. Beroende på ursprungsmärkningen av elen utnyttjad i bergvärmesystemet variera koldioxid resultatet. Men utifrån nordisk residualmix så minskas utsläppen av koldioxid med minst 4 ton per år med fjärrvärme som uppvärmninsgalternativ.

The purpose of this report is to survey the multi-family residential buildings that were built in the Swedish city of Uppsala during the state-funded Million Homes Program and to assess the technical potential of different energy efficiency measures that may be applied in order to improve the efficiency of the heating of these buildings. An additional purpose of this report is to discern how the entire district heating system would be affected if the proposed energy efficiency measures were implemented.   The energy efficiency measures that were examined were: improved thermal envelopes (additional insulation and energy efficient windows and doors) and installation of air-to-air heat exchangers or exhaust air heat pumps in the ventilation systems. The buildings were categorized into four different types of buildings with different properties and a model was constructed for each category.   All energy efficiency measures showed significant reductions in the amount of heating required. The measure with the best performance was improvement of thermal envelopes in combination with exhaust air heat pumps, which reduced the buildings' energy demand by about 80%. Regarding the heat demand in the entire district heating system, the reductions due to energy efficiency measures in the million homes program buildings were small. The exhaust air heat pumps showed the largest reductions in the capacity factor. Only the heat exchangers resulted in a higher capacity factor and the improvement was too small to be of interest. However, the results clearly show that saving energy in space heating is technically easily achievable.

Flygbranschen står idag för 2 % av de globala utsläppen av fossil koldioxid och har som första världsomspännande industri enats om gemensamma globala miljömål för att minska sin klimatpåverkan. Fjärrvärmebranschen står inför tuffa utmaningar då fjärrvärmeunderlaget förutspås minska på sikt. Smart Climate Scandinavian AB:s idé att värma flygplan med fjärrvärme när de står parkerade på backen är världsunik och möter de behov som både fjärrvärme- och flygbranschen har, att hitta nya affärsområden respektive minska sina utsläpp. Syftet med detta examensarbete var att ta fram underlag för utveckling av nästa generations styrsystem för Smart Climates klimataggregat samt undersöka konsekvensen av byte från ett traditionellt aggregat till ett från Smart Climate med hänsyn till energieffektivitet, miljöbelastning och driftkostnad. Mätningar av de termiska egenskaperna hos ett flygplan av typen ATR72-500 genomfördes. Det genomsnittliga U-värdet beräknades till 2,0 W/(m2·K) och värmekapaciteten till 3,421 MJ/kg. Med Excel VBA programmerades en applikation som har använts och kan fortsätta användas som ett verktyg för produktutveckling. Denna applikation beräknar energibehovet för ett flygplan baserat på inställda parametrar, som till exempel utetemperatur och flygplanets termiska egenskaper. Med Excelapplikationen beräknades den potentiella energibesparingen vid införande av nattsänkning, det vill säga tillfälligt sänk temperatur i flygplanet, till ca 30 % av ursprungligt energibehov. En konsekvensanalys av byte från elbaserade aggregat till ett fjärrvärmebaserat aggregat med föreslagen nattsänkning genomfördes. Analysen avgränsar sig till flygplanet som systemgräns och saknar därför en jämförelse av skillnad i förluster som vartdera systemet har. Beräkningarna visar att nattsänkningen innebär en reduktion av det årliga behovet från 25000 kWh till 15500 kWh för en ATR72-500. Traditionella aggregat tillämpar inte denna reglerteknik. Byte av energikälla från el till fjärrvärme innebär en minskning av de globala CO2e-utsläppen med mellan 9000 och 22000 kg per år. Hur stor besparingen i driftkostnad blir beror på rådande energipriser. Vid utveckling av nästa generation styrsystem rekommenderas att nattsänkning införs för Smart Climates aggregat då det visat sig ge stora energibesparingar. Dessutom föreslås styrsystemet vara uppkopplat mot internet för att underlätta framtida reglerjusteringar, datainsamling och produktutveckling. Att styra tillförd effekt på kabintemperaturen har visat sig mer pålitligt än vid styrning med hänsyn endast till utetemperaturen. Framtida studier föreslås fokusera på att utvidga systemgränsen från flygplanet till att ta med energitransportförluster i beräkningarna. Förslagsvis utses en specifik flygplats och systemgränsen sätts vid flygplatsens energimätare för el respektive fjärrvärme. Optimering av glykol/vattenflöde och dimensionering av ledningar, strypventiler och pumpar är intressanta frågeställningar. Frigörande av kapacitet i flygplatsens transformatorstation kan i sig vara en orsak till att välja varmhållning av flygplan med fjärrvärme. Den kanske viktigaste konsekvensen av att ersätta el med fjärrvärme är att högvärdig energi kan användas där den behövs. / The aviation industry today is responsible for 2 % of the fossil carbon dioxide emissions and has, as the first global industry, united around common goals for reducing its effect on climate change. The district heating industry faces tough challenges ahead considering the demand of its primary product is predicted to decrease in the longer run. Smart Climate Scandinavian AB’s idea of heating airplanes parked on ground with district heating unites the needs for both the aviation and district heating industry of reducing emissions and finding new areas of application respectively. The purpose of this thesis is to provide information for development of the next generation Smart Climate air climate unit control system and to study the consequences of changing from a traditional air climate unit to one from Smart Climate, with regard to energy efficiency, environmental impact, and operation cost. The thermal properties of an airplane of the type ATR72-500 where measured. The U-value was calculated to 2,0 W/(m2·K) and the heat capacity to 3,421 MJ/kg. An Excel application was programmed in Excel VBA to be used for product development. The application calculates the energy demand of an airplane based on settings such as outside temperature and the airplane’s thermal properties. The potential energy savings of introducing night time reduction, which is temporarily reducing the temperature in the airplane, is calculated to about 30 % of the initial energy demand. A consequence analysis of changing from a traditional electricity based air climate unit to one based on district heating with the proposed night time reduction was performed. The analysis was limited to the airplane as the system boundary and hence does not include energy losses which both systems have. The night time reduction is not implemented in traditional air climate units and hence the demand in energy is calculated to decrease from 25000 kWh to 15500 kWh per year for an ATR72-500. Changing energy source from electricity to district heating results in a reduced emission of CO2e of somewhere between 9000 and 22000 kg per year. How big the saving in operation cost will be depends on the energy prices for electricity and district heating. An introduction of night time reduction is recommended in the next generation control system of Smart Climate’s air climate unit since it evidently comes with great energy savings. It is also proposed that the next generation is wired up online on the internet. This will facilitate future setting adjustments, data gathering and product development. Also validated during the study is that the technique of regulating the temperature of inlet air by measuring the cabin temperature is more reliable than the traditional technique of using the outside temperature. It is suggested for future studies to include energy transport losses and hence should focus on one airport with well-defined system boundaries. A suggestion is using the same boundary as the energy meters of the airport. Optimizing glycol/water flow and dimensioning of pipes, valves and pumps are interesting issues to investigate. A reduced electricity demand will decrease the needed capacity of the transformer station and could give reason for considering heating airplanes with district heating. Perhaps the most important consequence of replacing electricity with district heating is that primary energy can be used where it is needed.

Fjärrvärme står för stora delar av den uppvärmning av fastigheter som sker i Sverige och har länge ansetts vara kostnadseffektiv och miljövänlig. Detta är något som börjat ifrågasättas, vilket lett till att energibolag ständig letar efter sätt att effektivisera fjärrvärmenäten för att stärka fjärrvärmens marknadsposition. En teknik för att effektivisera fjärrvärmenäten som utvecklats på senare år är laststyrning. Tekniken ger energibolag möjlighet att optimera produktionen för att minska användningen av dyra och miljömässigt dåliga bränslen som exempelvis olja. Laststyrning bygger på faktumet att byggnader är tunga objekt som har goda möjligheter att lagra värme. När energibolag använder sig av laststyrning styr de effektuttaget i fastigheter som är anslutna till fjärrvärmenätet utifrån produktionens behov. Då laststyrning direkt påverkar värmetillförseln till de fastigheter som ansluts måste nya affärsmodeller utvecklas för att säkerställa att kundernas behov av fjärrvärme uppfylls. Syftet med detta examensarbete har varit att utveckla ett underlag till hur fallföretaget Luleå Energi AB (LEAB) kan ta fram en affärsmodell för laststyrning. LEAB utreder möjligheterna att införa laststyrning för att jämna ut de effekttoppar som uppstår i fjärrvärmenätet. Studiens syfte har uppnåtts genom att litteratur och genomförda intervjuer lett till framtagandet av en generell modell som innehåller de viktigaste punkterna i en affärsmodell för laststyrning. Slutsatserna i studien är framförallt riktade till fallföretaget LEAB men bör vara applicerbara av andra energibolag som planerar att införa laststyrning i sina fjärrvärmenät. Vidare bör studiens slutsatser även vara av intresse för läsare som söker ökad förståelse för fjärrvärme och laststyrning. LEAB rekommenderas använda den generella modell som presenteras i studien som underlag vid utvecklingen av en affärsmodell för laststyrning. Då både resultaten i denna studie och tidigare studier tyder på att om laststyrning implementeras på rätt sätt finns det goda möjligheter till mindre miljöpåverkan och ekonomiska vinster för både energibolag och deras kunder. / District heating accounts for a large part of the heating of real estate in Sweden and has long been considered cost-effective and environmentally friendly. But this is something that has begun to be questioned, which has led to the fact that energy companies are constantly looking for ways to streamline district heating networks to strengthen the district heating market position. One of the technologies for streamlining district heating networks developed in recent years is load control. The technology enables energy companies to optimize their production to reduce the use of expensive and environmentally bad fuels such as oil. The technology is because buildings are heavy objects, and therefore have a good heat storage capacity. When energy companies use load control they take control over properties substations and regulate the heat demand according to the production units’ demands. Since load control directly influences the heat supply to the properties that are connected, the district heating business models must be developed to ensure that customers' needs regarding district heating are met. The purpose of this study has been to develop a foundation for how the case company Luleå Energi AB (LEAB) can develop a business model for load control. LEAB wants to introduce load control in its district heating network to even out the peaks which occur in the district heating network. The purpose of this thesis has been achieved by the fact that literature combined with interviews resulted in a general model. The model contains the most important areas to be considered in a business model for load control. The results in this study are mainly aimed at LEAB, but should be able to be applied by other energy companies who plan to introduce load control in their district heating networks. Furthermore, the results of the study should also be of interest to readers seeking greater understanding about district heating and load control in general. The recommendation to LEAB is to use the general model presented in this thesis as a foundation for the development of a business model for load control. As both the results in this study and previous studies indicate that if load control is implemented properly, there are opportunities for less environmental impact from the heat production and financial gains and for both energy companies and their customers.

The use of plug-in electric vehicles (PEV) is rapidly growing in many countries. In Sweden the number of PEVs in the transport system grew from about 43 000 in December 2017 to almost 58 000 in July 2018. To fully load a discharged PEV battery in a reasonably brief time will require high charging powers, which might cause high peaks in the power grid. The purpose of this project was to investigate the possibilities for electricity production in combined heat and power (CHP) plants to balance the demand peaks in the power grid caused by charging PEV. Data were obtained from different heat production plants in two Swedish cities, Borlänge and Falun. The cities, which have interconnected district heating systems, have a broad spectrum of different types of heat producing plants, and thus functions as an example model of a “typical northern Europe” heating system. An artificial charging load profile was created for a system of a large number of PEVs forming a scalable load. The charging load profile was then used as input in CHP plant models, to generate the heat production profile for the CHP plants in the system. The heat profiles were then used as inputs in a district heating simulation software. The complete Borlänge-Falun heat production system was simulated to find out whether it is possible to operate the CHP plants based on the PEV charging load profile. The generated heat production profiles were similar and clearly followed a pattern that was in line with how the heat and electricity output relate in a CHP plant. The results showed that during periods when the heat demand is high, the CHP plants can operate at full load and are thus capable to fully regulate the charging of the PEVs. During periods when the heat demand is low, and the CHP plants are unable to operate on full load, there is a discrepancy between the CHP plants ability to produce electricity and the PEVs charging demand. If the plants are operated at full load even though the heat demand is low, the heat surplus will be lost unless the system is equipped with a large heat storage. This lost heat will lead to increased costs unless there are control means to compensate the CHP plant operator for the peak regulating services as such provided. Furthermore, constructing an energy system were heat is intentionally wasted might not be considered a sustainable solution. The CHP plant regulating system can, however, be combined with other local regulating, e.g. load control, to minimise the heat wasted.