Fjärrvärme är ett uppvärmningsalternativ framlyft som en  potentiellt  viktig beståndsdel för att lösa  EU:s satta klimatmål att minska koldioxidutsläppen, effektivisera energiförbrukningen och öka andelen  förnyelsebar  energi,  de  så  kallade  20-20-20-målen.  Detta  då  fjärrvärme  möjliggör tillvaratagandet av spillvärme från industrier och  centraliserade  förbränningar  vilka kan använda annars outnyttjade resurser såsom avfall och grot. Stora förbränningsanläggningar möjliggör även en förbättrad rening av rökgaser. Falun och Borlänge i Dalarna, Sverige, har  sedan 1984 och 1969 haft  fjärrvärmesystem  vilkadrivs av  Falu Energi & Vatten respektive  Borlänge Energi. I samband med att  de två bolagen skulle förbinda sina  vattensystem  togs även beslutet att bilda ett  gemensamt  fjärrvärmenät. Detta kommer förverkligas genom att Grundledningen  hösten 2014  kommer  att  färdigställas. Det gemensamma energisystemet Falun-Borlänge kommer försörjas av tre  kraftvärmeverk,  ett vilket förbränner avfall i Borlänge och två som förbränner biobränsle i Falun. Systemet försörjs även med spillvärme från Stora Enso Kvarnsvedens pappersbruk och stålverket SSAB i Borlänge.Genom att de både systemet i nuläget har olika  temperaturstyrkurvor  måste dessa samordnas till en gemensam körstrategi för att kunna tillvarata den potential det gemensamma energisystemetmedför,  varav  det  gemensamma  ägda  dotterbolaget  Grundledningen  HB  skapades,  vilken  ärsamordningsansvarig  av  driften.  Detta  examensarbete  har  genomförts  i  samarbete  med Grundledningen  HB  med  målet  att  ta  fram  en  ny  gemensam  körstrategi  för  det  kommande energisystemet Falun-Borlänge. Den  nya  körstrategin  har  framtagits  genom  att  beräkna  en  ekonomisk  optimal framledningstemperatur för olika utetemperaturer. Vilken bestämts genom att analysera systemet,genom  att  ställa  det  som  ett  linjärprogrammeringsproblem,  och  ta  hänsyn  till  olika flödesbegränsningar samt temperaturkrav som finns i systemet.Rapporten  tar  fram  totalt  tre  olika  körstrategier  beroende  på  möjlighet  att  kontrollera distributionsnätet,  resultaten har  validerats  genom en känslighetsanalys. De framtagna styrkurvorna är  i  vissa  lägen  högre  än  de  nuvarande  använda  vilket  är  en  konsekvens  av  samordningen  av systemet. / District heating is a heating alternative that deserves attention  as a  possible  key contributor in the  fulfilment  of  European  Union  energy  and  climate  goals,  the  20-20-20  goals,  to  reduce carbondioxide  emissions, improve the overall energy efficiency and increase the share of renewable energy. This is because district heating allows  industrial  excess heat recovery  and also because it presents the possibility to use otherwise unused resources such as waste and forest residue as fuel. The cities Falun and Borlänge in Dalarna, Sweden, has since 1984 and 1969 operational district heating systems, which are owned and driven by the  municipal corporations: Falu Energi &  Vatten (Falu Energy & Water) and Borlänge Energi (Borlänge Energy). When the two companies decided to collaborate  and connect their freshwater systems the decision was made to also connect the two district heating systems. The soon-to-be district heating system Falun-Borlänge will be supplied by cogeneration plants in Borlänge with waste as fuel and in Falun biofuels, but also with excess heat from the Stora Enso Kvarnsveden paper mill and the steel plant SSAB in Borlänge.Today the two systems  has different control strategies  which has to become one in order to coordinate the systems. To make this happen the two companies founded the subsidiary company Grundledningen  HB  which  is  to  be  responsible  for  the  coordination.  This  thesis  has  been conducted  with  cooperation  with  Grundledningen  HB  with  the  aim  to  develop  a  new  control strategy for the soon to be joint energy system Falun-Borlänge.The new  control strategy  was  developed  by calculating the  optimum supply temperature for different outdoor temperatures.  This was  determined by an operational analysis,  by making the problem  into  a  linear  programming  problem  and  thereafter  account  for  flow  restrictions  and temperature requirements in the system.The  result  concludes  three  different  optimal  control  strategies,  depending  on  the  ability  to control the distribution network. The  validity of the control strategies has been established through a sensitivity analysis. The developed control curves are in certain positions higher than the  ones currently used as a consequence of the coordination of the system.

I takt med en växande befolkningsmängd, högre levnadsstandard och ökad energianvändning, har förbränning av fossila bränslen ökat vilket bidragit till en förstärkt växthuseffekt. I Kyotoavtalet enades många länder om att reglera utsläpp av koldioxid och Europeiska unionen har satt upp mål om att minska energianvändning. Energimyndigheten benämner att energiresurserna bör utnyttjas effektivt för att ställa om till ett långsiktigt hållbart energisystem. På senare tid har behovet av komfortkyla också ökat, främst i lokaler som har ett stort tillskott av internvärme. Samtidigt ställer Boverket allt högre krav på energihushållning i lokaler. Vattenburna komfortkylsystem har blivit allt vanligare, där kyleffekten idag regleras med flödesvariation på köldbärarvattnet medan en konstant framledningstemperatur på 14 ˚C föreligger. Kylmaskinen står för ca 10 – 30 % av en kontorsbyggnads totala elanvändning. Ett sätt att minimera energianvändning är att utnyttja frikyla, från omgivande naturresurser där lägre temperaturer förekommer.   Syftet med studien var att undersöka hur energieffektivisering av ett vattenburet komfortkylsystem kunde se ut genom att utnyttja mer frikyla. Målet formulerades genom att beräkna energianvändning för dagens standardsystem och jämföra med elbehov från alternativa systemutformningar och driftstrategier. Det huvudsakliga konceptet bestod av att låta framledningstemperaturen på vattnet i kylbaffelkretsen variera. För att ytterligare optimera systemet utformades delmål om att studera vilken betydelse de centrala komponenternas dimensioner och reglerfunktioner hade för energianvändningen. Dessutom skulle möjlighet till frikyla jämföras för olika typer av kylkaraktäristik.   Först studerades uppbyggnad och reglering av ett verkligt vattenburet komfortkylsystem, varav en teoretisk bild av systemet formades och en beräkningsmodell byggdes in i Simulink. Indata hämtades delvis från simulerings- och beräkningsprogrammen ESBO, AIACalc och ProSelect. Vissa indata dimensionerades fram manuellt.   För ett sydplacerat rum, för en person, vars årliga kylenergibehov var 66 kWh/m2, kunde energianvändningen genom helhetsoptimering sänkas med 83 %. Det gavs av att överdimensionera komponenter, men det fanns också möjligheter att åstadkomma en rejäl besparing utan att behöva genomföra några större investeringar. Att låta framledningstemperaturen variera kunde sänka energianvändningen med 24 %. Genom att reglera kyltornsfläktens drifttid till enbart nattetid, samt möjlighet till dygnslagring reducerade energianvändningen med 19 %. Slutsatsen var att det fanns en energibesparingspotential för ett vattenburet komfortkylsystem av ovan beskrivna optimeringar. Den bästa optimeringen gavs av att överdimensionera ackumulatortanken, kyltornet och den interna frikylsvärmeväxlaren. Ackumulatortanken påvisade sig ha den största möjligheten att tillgodogöra sig frikyla. Dessutom visade det sig att den typ av kylkaraktäristik där kylbehovet var jämnt fördelat över året, enklare kunde tillgodogöra sig av frikyla. En känslighetsanalys påvisade att kylmaskinens COP hade en märkbar betydelse för systemets energianvändning, i studien antogs den som konstant fyra. / As a result of a growing population, a higher standard of living and an increase in energy usage, combustion of fossil fuel has been growing and has contributed to the greenhouse effect. According to the Kyoto Protocol the involved countries decided to reduce emissions of carbon dioxide and one of the goals of the European Union is to reduce energy use. The Swedish Energy Agency (Energimyndigheten) emphasizes that the energy resources must be used more effectively to make our societies sustainable in long-term. The use of comfort cooling is growing rapidly, especially in buildings that have a large amount of internal heat. Simultaneously there are stricter requirements for energy conservation by Boverket. Waterborne climate systems have been more common recently, where the cooling power is regulated by variation of the water flow, while the water temperature supplied to the chilled beams remains constant at 14 °C. 10 – 30 % of one office building´s total electricity consumption is due to the cooling machine. One solution to minimize the energy consumption in an office building is to use free cooling from natural resources nearby, where lower temperatures occur.   The purpose of the study was to investigate whether the energy usage in a waterborne climate system could be more efficient, by using a larger amount of free cooling. The goal was formulated by calculating the energy consumption from the current waterborne climate system and by comparing the results with the energy usage when introducing alternative system designs and operation strategies. The main goal was to study the energy usage in a system where the temperature of water supplied to the chilled beams could vary. Further optimization was made to investigate how the main components of the system would affect the energy usage, by varying the dimensions and the operation modes. Also, a study was made regarding the possibility to use free cooling with respect to different cooling demands.   First, a current waterborne climate system was studied. With the information needed a theoretical model was built in Simulink. Some preconditions have been calculated by other programs such as ESBO, AIACalc and ProSelect. Some calculations were also made manually.   The results showed that for a room located to the south of a building, for one person, with an annual demand for the cooling capacity of 66 kWh/m2, the energy consumption could decrease with 83 % by an optimization of the total system. This was made by oversizing the main components, but there were also possibilities to reduce the energy usage with lower-cost methods. By letting the water temperature supplied to the chilled beams vary, the energy consumption decreased with 24 %. By regulating the fan of the cooling tower to only work at night and having a tank which could store one day´s worth of energy, the energy consumption decreased with 19 %. As a conclusion, these optimizations have potential to save energy. The entire system could be optimized by oversizing the storage tank, the cooling tower and the internal free cooling heat exchanger. The storage tank was the component that had the largest potential to take advantage of free cooling. Furthermore, if the need of cooling power was more consistent throughout the year it was easier to utilize free cooling. A sensitive analysis showed that the COP of the cooling machine was significance for the results of the energy consumption of the system, in this thesis it remained constant at four.

Luleå Energi handhaver drift och distribution av två olika fjärrvärmenät, ett i Råneå och ett i Luleå, innefattandes av diverse hetvattencentraler (HVC) och tryckstegringspumpar (TSP). I Råneås fjärrvärmenät levereras en framledningstemperatur på 100°C vid utomhustemperatur -30°C. I Luleås fjärrvärmenät levereras en framledningstemperatur på 115°C vid utomhustemperatur -30°C. Luleå Energi vill sänka framlednigstemperaturen i deras handhavande fjärrvärmenät och målet som strävas mot är framledningstemperatur 80°C vid utomhustemperatur -30°C. Detta bland annat i syfte att kunna tillvarata mer spillvärme från mer lågkvalitativa källor, öka elproduktionen vid kraftvärmeverk och minska de distributionsrelaterade värmeförlusterna. Sänkning av framledningstemperaturen i ett fjärrvärmenät kan dock leda till negativa differenstryck och undertryck i vissa områden i fjärrvärmenätet. Detta kan innebära cirkulationsproblem samt kokning av vattnet i rörledningarna vilket kan skada armatur i nätet. Ökad pumpning kan i vissa fall lösa problemen. Dock får inte maxtrycket 1600 kPa, som fjärrvärmenäten och dess rörledningar är dimensionerade för, överskridas. Detta projekt har, med hjälp av nätberäkningsprogrammet Netsim, undersökt hur en sänkning av framledningstemperaturen påverkar Råneås och Luleås fjärrvärmenät. Båda näten simulerades för olika framledningstemperaturer vid utomhustemperatur -30°C, med tillägg för utomhustemperatur -8°C i Luleås nät vilket ungefär är den lägsta utomhustemperatur då spetsanläggningar inte är i drift. Områden som riskerar låga differenstryck, hur pumpningarna påverkas samt vilka typer av rörledningar som bör prioriteras vid eventuell framtida uppdimensionering har identifierats. Även åtgärder för att få respektive nät att hantera sänkt framledningstemperatur har föreslagits. Områden som riskerar låga differenstryck i Råneås fjärrvärmenät identifieras till ett i södra Råneå (kring bland annat Skärsvägen, Gesällvägen och Garvarevägen) och ett i norra Råneå längs Sundsvägen ut mot Sundet. Råneås fjärrvärmenät bör kunna hantera en framledningstemperatur på 90°C vid utomhustemperatur -30°C som drift- och distributionsförhållandena ser ut idag, med förutsättning att pumpkapaciteten från HVC3 är tillräcklig. För att kunna sänka ytterligare till 80°C bör åtgärder vidtas. Förslagsvis uppgradera fjärrvärmecentraler och därmed förbättra avkylningen hos sex kunder med medelavkylning under 10°C samt därefter justera pumpningen från HVC3 för att precis hålla uppe trycknivåerna. Detta under förutsättning att pumpningen vid HVC3 kan hantera den ökade tryckstegrings- samt flödeskapaciteten från 0,31 MPa och 51 kg/s till 0,77 MPa och 96 kg/s vilket rapporteras från simuleringar i Netsim. Vid eventuell framtida uppdimensionering av rör i Råneås fjärrvärmenät bör fokus ligga på rörledningar längs huvudledningar i kärnan av nätet, distributionsledningar från huvudledning ut mot visst ytterområde samt vissa rörledningar inuti ett visst distributionsområde som mindre slut-distributionsledningar ut mot kund utgår ifrån. Detta kan grovt sammanställas till rörledningar med dimension inom spannet DN150 - DN54. Områden som riskerar låga differenstryck, utifrån simuleringsresultaten, i Luleås fjärrvärmenät har identifierats till ytterområden i Svartöstaden, Gültzaudden, Trollnäs, Lulsundet, Björkskatan, Öhemmanet, Gammelstad, Kyrkbyn och Sunderbyn. Luleås fjärrvärmenät kan inte hantera någon sänkning av framledningstemperatur över huvud taget enligt dagens drift- och distributionsförhållanden. Sänkt framledningstemperatur i Luleås fjärrvärmenät kräver åtgärder. Förslagsvis uppdimensionera rörledningar ut mot Bergnäset, Öhemmanet, Gammelstad, Sunderbyn och Kyrkbyn samt justera inställningarna för respektive pumpning i nätet för att precis hålla uppe trycknivåerna. Pumpningen på Lulekraft och HVC2 bör kunna hantera en ökad tryckstegrings- samt flödeskapaciteten från 0,72 MPa och 12·102 kg/s till 1,2 MPa och 16·102 kg/s. Pumpningen på HVC4 bör kunna hantera de ökad tryckstegrings- samt flödeskapaciteten från 0,73 MPa och 84 kg/s till 1,1 MPa och 11·101 kg/s. Pumpningen på HVC1 bör kunna hantera de ökad tryckstegrings- samt flödeskapaciteten från 0,63 MPa och 19·101 kg/s till 0,87 MPa och 26·101 kg/s. Pumpningen på HVC1 tryckstegringspump bör kunna hantera liknande flödeskapacitet som idag, men inte lika hög tryckstegringskapacitet. Pumpningen på HVC5 tryckstegringspump bör kunna hantera de ökad flödeskapaciteten från 15·101 kg/s till 20·101 kg/s, men inte lika hög tryckstegrinskapacitet. Pumparna på TSP1 fram- och returledning bör kunna hantera de ökad flödeskapacitet från 85 kg/s till 96 kg/s, men inte lika hög tryckstegringskapacitet. Pumpningen på TSP3 bör kunna hantera de ökad flödeskapacitet från 20·101 kg/s till 27·101 kg/s, men inte lika hög tryckstegringskapacitet. Kontinuerligt arbete bör fokuseras kring att uppgradera fjärrvärmecentraler, framförallt i Luleås fjärrvärmenät. Att förbättra kunders avkylning är till betydande hjälp i arbetet mot sänkt framledningstemperatur och alla pumpars tryckstegrings- och flödeskapaciteter kan då sänkas. Att pumpningen vid HVC5 tryckstegringspump påverkas mest vid förbättrad avkylning hos kunderna kan tyda på att flertalet kunder med dålig avkylning idag kan finnas i Gammelstad, Kyrkbyn och Sunderbyn, vilka är de områden som denna pumpning håller trycknivåer ut mot. Vid framtida uppdimensionering av rörledningar i Luleås fjärrvärmenät bör fokus ligga på distributionsledningar från huvudledning ut mot visst ytterområde samt rörledningar inuti ett visst distributionsområde som mindre slut-distributionsledningar ut mot kund utgår ifrån. Detta kan grovt sammanställas till rörledningar med dimension inom spannet DN125 - DN42.

Europeiska Unionen, EU, har som mål att år 2020 skall minst 20 % av energianvändningen i medlemsstaterna vara från förnyelsebar energi. En stor del av energianvändningen idag är för uppvärmning av hus och vatten. Samtidigt som allt sker strålar solen energirika strålar mot jordklotet. En metod för uppvärmning är att använda en bergvärmepump. Bergvärmepumpen kräver el till sin kompressor. För en energieffektiv samt god lösning ur ett förnyelsebart energi-perspektiv kan bergvärmepumpen drivas av el som genererats från solceller. Idag redovisas bergvärmepumpars effektivitet med nyckeltalen SCOP och hwh som visar hur effektivt bergvärmepumpen jobbar när den tillgodoser rumsuppvärmningsbehov respektive varmvattenberedning. Årsvärmefaktorn är en kombination av dessa två. SCOP och hwh beräknas idag enligt en 4 stycken standarder som EU framtagit. För att värmepumpsleverantörer ska få sälja bergvärmepumpar inom EU måste de ha beräknat SCOP och hwh enligt dessa standarder. Standarderna utgår från relativt konstanta yttre förutsättningar. Denna studien ska undersöka hur årsvärmefaktorn påverkas då dessa yttre förutsättningar varierar. Faktorerna som kommer undersökas är framledningstemperatur, tappvarmvattensbehov, dimensionerande värmebehov och geografisk placering. Resultatet visar att samtliga av de undersökta faktorerna har mer eller mindre en påverkan på årsvärmefaktorn. I en undersökning på en bergvärmepump var årsvärmefaktorn 4,5 för den systemlösning som standarden går efter. För samma bergvärmepump men med varierade yttre förutsättningar kunde årsvärmefaktorn variera mellan 1,2 till 6,3. Systemlösningen med den årsvärmefaktor 1,2 hade i förhållande till standardens systemlösning högre tappvarmvattensbehov samt var underdimensionerad. Systemlösningen med årsvärmefaktor 6,3 hade i förhållande till standardens systemlösning inget tappvarmvattensbehov, var överdimensionerad, hade lägre framledningstemperatur samt var placerad på en ort med kallare klimat. Resultatet tyder på att tappvarmvattensbehovet har den största påverkan på årsvärmefaktorn. / The European Union, EU, aims to achieve a minimum of 20% renewable energy. A large share of the energy use today is for the heating of houses and water, while at the same time, the sun provides a steady supply of energy-rich sunrays. A method for heating is to use a heat pump, which requires electricity for its compressor. In an energy efficient and sustainable solution, the heat pump could be driven by electricity generated by solar panels. Heat pumps performances are measured by the key value; annual heat factor. The annual heat factor indicates the total efficiency of the heat pump measured over the whole year. Today, the efficiency of heat pumps is indicated by the use of two key values; SCOP and hwh, which respectively shows the efficiency of the heat pump while fulfilling the room heating requirement and the DHW requirement. The annual heating factor is a combination of these key values. SCOP and hwh are calculated according to four standards developed by the EU. In order to be able to sell heat pumps, manufacturers in the EU have to follow these standards for calculating SCOP and hwh.  The standards assume relatively constant external conditions. This study investigates how the annual heating factor is affected when these external conditions are allowed to vary. The factors that will be investigated are the temperature of the flow line temperature, domestic hot water needs, dimensioning heating demand and geographic location. The results present that all of the investigated factors more or less affects the annual heating factor. In one investigation of a ground source heat pump the annual heating factor was 4,5 for the system solution that was based on the standard calculations. For the same heat pump but with external conditions that were allowed to vary the annual heating factor was estimated to vary between 1,2 and 6,3. The system solution with the annual heating factor of 1,2 had in relation to the EU standard system solution a larger domestic water demand and it was undersized. The system solution with an annual heating factor of 6,3 had in relation to the EU standard system solution no domestic water demand, was oversized, had a lower flow line temperature and was placed in a colder climate. The results imply that the domestic water demand has the biggest impact on the annual heating factor.

I samband med att elkonsumtionen ökar och att allt mer elkrävande utrustning installeras är det intressant att studera vilken metod som bäst lämpar sig för att kyla bort oönskad värme och ifall den värmen kan nyttjas där den är önskad. Målet med denna rapport är att ekonomiskt jämföra två olika lösningar för att kyla två serverhallar som står intill varandra. Ena lösningen är att ersätta kylmaskinerna med värmepumpar med kompletterande borrhål, där det är tänkt att köldmediumet passerar värmepumparna om det finns ett värmebehov. Den andra lösningen är att byta ut befintliga kylmaskiner mot modernare utrustning. Syftet med rapportens resultat är att det ska ligga som grund för ett investeringsbeslut av fastighetsägaren. Aktörerna i serverhallarna utvecklar en sammanlagd effekt om 104kW. Serverhallarnas sammanlagda area på ca 100m2 utgör bara en liten del av den 9877m2 stora fastigheten som är de lokaliserade i, övriga fastigheten fungerar som gymnasieskola. Arbetet har genomförts med hjälp av platsbesök, litteraturstudie, kartläggning av energiförbrukning, framtagning av varaktighetsdiagram och energibehovsberäkningar. Fastigheten har ett maxeffektbehov på 350kW och förbrukar 956000kWh, serverhallen kyls idag med tre kylmaskiner av äldre modell. Värmen som utvecklas i serverhallen används som primärvärme för att värma skolan men fastighetsägaren anser att det inte är så effektivt som det skulle kunna vara, samt att systemet klarar inte av att leverera en tillräckligt varm framledningstemperatur. En lösning med värmepumpar som skulle stå för 75% av effektbehovet tillför då 262,5kW och 717000kWh som innebär en energitäckningsgrad på 94% vilket medför att fjärrvärmeeffekten minskar från 220kW till 87,5kW. En kylmaskinslösning med tänkt kylmaskin klarar av att täcka 67% av effektbehovet och 86% av energibehovet. Fjärrvärmen skulle med kylmaskinslösningen minska från 220kW till 130kW. Investeringskostnaden för värmepumpslösningen med frikyla beräknas till 2090000kr och för kylmaskinen 750000kr. Nettobesparingen för 10 år blir för värmepumpar med frikyla 2930000kr medan kylmaskinerna är dyrare i drift än befintlig kylmetod. Nuvärdet efter 10 år blir för värmepumparna 1220000kr / As electricity consumption increases and more demanding equipment is installed, it is interesting to study which method is best suited for cooling off unwanted heat and if that heat can be used where it is desired. The aim of this report is to compare two solutions economically to cool two server halls adjacent to each other. The purpose of the report is that it should be the basis for an investment decision by the property owner. The operators in the server halls develop a total power of 104kW. The total area of the two halls of about 100m2 constitutes to only a small part of the 9877m2 large property in which they are located. The remaining part of the property serves as an upper secondary school. The work has been carried out by means of site visits, literature studies, energy consumption mapping, production of a duration chart and energy demand calculations. The property has a maximum power requirement of 350kW and consumes 956000kWh. The cooling is today supplied by three older cooling units. The heat developed in the server hall is used as primary heat for the school, but the property owner believes it is not as effective as it could be and that the system is unable to deliver sufficiently hot flow temperature. A heat pump solution would account for 75% of the power requirement would supply 262.5kW and 717000kWh, which means an energy coverage of 94%, which reduces the district heating power from 220kW to 87.5kW. A cooling machine solution with the specified cooling unit is capable of covering 67% of the power requirement and 86% of the energy demand. The district heating would decrease with 90kW from present values. The investment cost of the heat pump solution with boreholes is estimated at 2090000kr and for the cooling unit 750000kr. The net savings for 10 years will then be 2930000kr for the heat pumps while the cooling machine solution would be more expensive in operation than the existing solution. The net present value for the heat pumps after 10 years will amount to 1220000kr.

På uppdrag av Sundsvall Energi AB har FVB Sverige AB påbörjat en förstudie kring etableringen av fjärrkyla i Sundsvall. Produktionsmedlen i det planerade nätet kommer att innefatta frikyla från akviferen och en kompressordriven kylmaskin. Det övergripande syftet med projektet har dels varit att ta fram en optimal framledningskurva, samt att ta reda på i vilken utsträckning frikylan kan nyttjas innan kylmaskinen måste användas som spetsproduktionsmedel. Projektet har inledningsvis fokuserat på att undersöka hur klimatet och kylbehovet ser uti Sundsvall. Kylbehovet granskades utifrån sex befintliga byggnader som nyttjar dricksvattenkyld fjärrkyla i Sundsvall. Därefter undersöktes olika typer av klimatsystem för att utröna vad de har för krav på framledningstemperaturen. Det konstaterades att kylbatterier var den komponent som kräver lägst framledningstemperatur, varför kyleffektberäkningar utfördes på dem. Resultatet ur kylbatteriberäkningarna fick motsvara den av fjärrkylenätet avgivna kyleffekten vid varierande utomhustemperatur. Genom att väga den avgivna kyleffekten vid varierande framledningstemperatur mot det erforderliga kyleffektbehovet vid varierande utomhustemperatur kunde framledningskurvan ta form. Akviferen antas hålla en temperatur på omkring 7°C till 9°C året runt, men utgångspunkten i detta projekt har varit att den konstant är 9°C. Under de förutsättningarna har framledningstemperaturen kunnat bestämmas till att vara 11°C under större delen av året, men att den sänks vid en utomhustemperatur på omkring 21°C i varierande grad ned till 6°C vid utomhustemperaturen 25°C. Med hjälp av framledningskurvan kunde därefter frikylans täckningsgrad bedömas. Resultatet visar att om framledningens temperatur höjs med 0,5–1,0°C i distributionsnätet kommer kylmaskinen att behöva vara i drift under 159 timmar per år. Om istället uppvärmningen blir 1,5° eller 2,0°C kommer kylmaskinen behöva vara i drift under 233 timmar respektive 325 timmar. Sammantaget har samtliga av projektets konkreta och verifierbara mål besvarats. / On behalf of Sundsvall Energi AB, FVB Sverige AB has initiated a preliminary study on the establishment of a district cooling system in Sundsvall. The main source for the cooling will be cool water drawn from the aquifer and a compressor chiller. The main purpose of this project has both been to provide the optimal supply temperature of the cooling network at different outdoor temperatures, and to find out to what extent the cool water from the aquifer can be used by itself as the cooling source. The project was initially focused on examining the climate and cooling demand in Sundsvall. The cooling demand was examined on the basis of six existing buildings that uses freshwater district cooling, and different types of climatesystems were then examined to ascertain what their requirements for the supply temperature are. Cooling coil batteries were found to be the component that requires the lowest supply temperature; therefore, the cooling power calculations were relied on them. The outcome of the cooling coil battery calculations was presumed to correspond to the cooling power of the network itself. By comparing the cooling power of the coil batteries at different supply temperatures and the cooling demand at different outdoor temperatures the main supply temperature for the district cooling network took shape. The aquifer is expected to maintain a temperature of approximately 7°C to 9°C, but in this project the temperature is set to exactly 9°C. On those premises the supply temperature of the cooling network could be set to 11°C for most of the year, but with a reduction of the supply temperature at outdoor temperatures around 21°C. Subsequently the supply temperature is reduced to 6°C at the outdoor temperature 25°C. Via the supply temperature curve, the aquifer cooling coverage ratio could be assessed. The result shows that if the supply temperature is raised between 0,5°C and 1,0°C in the distribution network the compressor chiller will have to be in operation for 159 hours per year. If instead the supply temperature is raised 1,5°C or 2,0°C, the compressor chiller must be in operation for 233 hours and 325 hours, respectively. In summary, all the goals and targets of the project have been completed.

I Sverige är fjärrvärme den vanligaste uppvärmningsformen. Vatten värms upp i en fjärrvärmeanläggning och distribueras genom nedgrävda rör i marken, också kallat fjärrvärmenätet. En tillförlitlig energimodell anses vara ett bra och viktigt hjälpmedel för analyser av värmeförluster som uppstår i ett fjärrvärmenät vid distribueringen av det heta vattnet. Sandviken Energis styrning av framledningstemperaturen sker idag utifrån en inställd styrkurva som tar hänsyn till vad det är för utetemperatur. Det var av intresse för studien att jämföra denna styrning med en simulerad framledningstemperatur och identifiera övertemperaturer i Sandviken Energis fjärrvärmenät i Sandviken. Detta gjordes utifrån att undersöka hur olika faktorer påverkade värmebehovet. De påverkande faktorer som studerats i detta examensarbete var följande: utetemperatur, månad, tid på dygnet och vindhastighet. Mätdata gällande valda påverkande faktorer hämtades för perioderna 2015 till och med 2019, analyserades och indelades för att se deras påverkan på värmelasten. Utifrån indelningen av faktorerna utvanns ekvationer från deras effektkurvors trendlinjer. Ekvationerna användes för att skapa en simuleringsmatris för styrningen. En egenskapad masterekvation simulerade den ideala styrningen utifrån simuleringsmatrisen och de krav på påverkande faktorer som ställs av ett exempel-år. Den ideala styrningen beräknades om till en ideal framledningstemperatur och jämfördes därefter med den verkliga framledningstemperaturen. Tillsammans med en värmeförlustsimulering i NetSim, som resulterade i vad sparad energi per grad är värd, kunde besparingspotentialen beräknas. Resultatet visar på att en besparingspotential på 261 MWh är möjlig att uppnå vid en sänkning av framledningstemperaturen för att utesluta övertemperaturer i fjärrvärmenätet, vilket är en minskning med ca 1,8 % jämfört med det verkliga året. Detta skulle motsvara en besparing på ca 70 000 SEK genom en förändring av styrningen. En minskad framledningstemperatur kommer påverka resten av systemet positivt, bland annat för att returtemperaturen kommer minska, rökgaskondenseringens och pannornas effektivitet öka samt minskade utsläpp i form av bland annat CO2, för att nämna några exempel. / In Sweden district heating is the most common form of heating. Water is heated in a district heating plant and distributed through buried pipelines in the ground, also called the district heating network. A reliable energy model is considered to be a good and important tool for analysis of heat losses that occur in a district heating network when the hot water is distributed. Sandviken Energi’s control of the supply temperature is based today on a set control curve that takes into account what the outdoor temperature is. It was of interest to this study to compare this control with a simulated supply temperature and identify overtemperatures in Sandviken Energi’s district heating network in Sandviken. This was done on the basis of examining how different factors affected the heat demand. The influencing factors studied in the thesis were the following: outdoor temperature, month, time of day and wind speed. Measurement data on selected influencing factors were collected for the periods 2015 through 2019, analyzed and subdivided to see their effect on the heat load. From the subdivision of the factors, equations were extracted from the trend lines of their effect curves. The equations were used to create a simulations matrix for the control. A custom master equation simulated the ideal control based on the simulation matrix and the demands on influencing factors set by an example year. The ideal control was recalculated to an ideal supply temperature and then compared with the actual supply temperature. Together with a heat loss simulation in NetSim, which resulted in what energy saved per degree is worth, the savings potential could be calculated. The result shows that a saving potential of 261 MWh is possible to achieve by lowering the supply temperature to exclude excess temperatures in the district heating network, which is a decrease of about 1.8 % compared to the real year. This would correspond to a savings of about 70 000 SEK through a change in control. A reduced supply temperature will have a positive impact on the rest of the system, including reducing the return temperature, increasing the efficiency of flue gas condensation and boilers, and reducing emissions such as CO2, to name a few examples.

Försmutsning av plattvärmeväxlare i fjärrvärmecentraler minskar avkylningen av det cirkulerande vattnet i fjärrvärmenätet. Detta ökar behovet av värmeproduktion i fjärrvärmeverket vilket medför ökade utsläpp av växthusgaser. Mängden försmutsning beror på vattnets kvalitet och material i systemet. I denna studie undersöks prestandaförändring av värmeväxlare i fjärrvärmecentraler för småhus före och efter rengöring samt för en ny värmeväxlare. Prestandan mäts i laboratorium genom att mäta temperaturer på in- och utlopp på värmeväxlaren vid bestämda flöden. Utvärderingen inkluderar prestandaförändring för UA-värdet, Temperaturverkningsgrad, Effektivitet NTU och möjlig påverkan på växthusgasutsläpp från Borlänge Energis fjärrvärmesystem. En osäkerhetsanalys genomfördes för att bestämma de teoretiska osäkerheterna.Resultaten från studien visar att rengöring av småhusvärmeväxlare med CIP-metoden har en viss effekt på både tappvattenvärmeväxlaren och värmeväxlaren. För värmeväxlaren är förändringen liten där ökningen på UA-värdet ligger mellan 10–202 W/˚C jämfört med tappvattenvärmeväxlaren där det ligger mellan 205–870 W/˚C. Störst effekt har rengöringen på tappvattenvärmeväxlaren vid högre flöde. Värmeöverföringen är likvärdig för en ny värmeväxlare och den rengjorda.En sänkt returtemperatur från fjärrvärmecentraler leder till en förbättrad verkningsgrad på fjärrvärmeverket som bidrar till en minskning av mängden växthusgasutsläpp. Enligt de resultat och beräkningar utförda i studien kan genom rengöring returtemperaturen minskas med 2,3 ˚C ±0,4 % från fjärrvärmecentralerna i småhus till Borlänge Energis fjärrvärmenät.Rengöring av tappvattenvärmeväxlare kan vara ett alternativ till att byta ut mot en ny för småhusägaren, med förutsättning att priset för rengöring är lägre än att köpa en ny och att fjärrvärmesystemet har flödesavgift. Detta gäller dock inte värmeväxlaren för värme där skillnaden i värmeöverföring mellan en smutsig och ny eller rengjord är marginell. / Fouling of plate heat exchangers in district heating substations reduces the cooling of circulating water in the district heating network. This increases energy production at the district heating plant, which results in increased greenhouse gas emissions. The amount of fouling depends on the quality of the water and material in the system. This study evaluates the performance change of heat exchangers in district heating substations for residential housing before and after cleaning, and new heat exchangers. Performance is measured in the laboratory by measuring temperatures before and after cleaning at specified flows. The evaluation includes performance change of UA-value, Temperature efficiency, Effectiveness NTU and possible impact on greenhouse gas emissions from Borlänge Energi's district heating system.The results of the study show that cleaning of residential heat exchangers with the CIP method has a certain effect on both the tap water heat exchanger and the heat exchanger. For the heat exchanger, the improvement in performance is small where the UA-value increases between 10-202 W/˚C compared to the tap water heat exchanger where it is between 205-870 W/˚C. The highest effect is the cleaning on the tap water heat exchanger at higher flow. The heat transfer is equivalent for a new heat exchanger and the cleaned one.Reduced return temperature from the district heating network leads to an improved efficiency at the district heating plant, which contributes to a reduction in the amount of greenhouse gas emissions. According to the results and calculations performed in the study, by cleaning the return temperature can be reduced by 2,3 ˚C ± 0.4% from the district heating substations in residential houses to Borlänge Energy's district heating network.Cleaning of tap water heat exchangers can be an alternative to switching to a new one for the homeowner, provided that the price for cleaning is lower than buying a new one and that the district heating system has flow rate tariff. However, this does not apply to the heat exchanger where the difference in heat transfer between one with fouling and a new or cleaned is marginal.

<p>As a part of the fight against the global warming the energy production needs to be more efficient and redirected towards sustainable options. One alternative is cogeneration, which means that electricity and heat is produced in one plant. The purpose with this survey is to examine if there are any commercial available combined heat and power techniques, based on combustion of solid moist biomass, which are suitable to small-scale applications. The technique must be able to produce between 2 and 10 MW thermal and the heat demand is a Swedish district-heating system. When already published reports had been studied, the Organic Rankine Cycle (ORC) was chosen as the most suitable technique. The possibility of using the ORC to generate electricity from the district-heating return flow was considered simultaneously. The chosen ORC-technique was then evaluated in Excel. The first aspect to be examined was how the performance of a combined heat and power plant was affected by variations in the supply line temperature. It showed that the performance reaches top levels when the temperature is low. The second part contains an optimisation, in a techno-economical perspective, of the ratio between cogeneration and separate heat production for district-heating systems with heat demands below 50 GWh/year. The most profitable combined heat and power plant generates 45 % of the installed power in a 50 GWh system. The profit is, however, too low to justify any construction plans. The conclusion was that there are no economical reasons to choose combined heat and power based on an organic rankine cycle in Sweden today.</p>

As a part of the fight against the global warming the energy production needs to be more efficient and redirected towards sustainable options. One alternative is cogeneration, which means that electricity and heat is produced in one plant. The purpose with this survey is to examine if there are any commercial available combined heat and power techniques, based on combustion of solid moist biomass, which are suitable to small-scale applications. The technique must be able to produce between 2 and 10 MW thermal and the heat demand is a Swedish district-heating system. When already published reports had been studied, the Organic Rankine Cycle (ORC) was chosen as the most suitable technique. The possibility of using the ORC to generate electricity from the district-heating return flow was considered simultaneously. The chosen ORC-technique was then evaluated in Excel. The first aspect to be examined was how the performance of a combined heat and power plant was affected by variations in the supply line temperature. It showed that the performance reaches top levels when the temperature is low. The second part contains an optimisation, in a techno-economical perspective, of the ratio between cogeneration and separate heat production for district-heating systems with heat demands below 50 GWh/year. The most profitable combined heat and power plant generates 45 % of the installed power in a 50 GWh system. The profit is, however, too low to justify any construction plans. The conclusion was that there are no economical reasons to choose combined heat and power based on an organic rankine cycle in Sweden today.