På den svenska järnvägen används två olika återledningssystem på kontaktledningen, autotransformatorsystem och boostertransformatorsystem. De flesta sträckor i Sverige har idag boostertransformatorsystem. I takt med utvecklingen av järnvägen så ställs det andra krav på banorna, till exempel införandet av höghastighetståg. Problemformuleringen blev således frågan om vilket system som föredras vid upprustning eller nybyggnad av järnvägen. Beräkningar på överföringsförmåga beroende på spänningshållningen i systemen samt en modell för en livscykelkostnadsanalys gav svaren på hur skillnaden ser ut i dessa system från ett tekniskt och ekonomiskt perspektiv. Resultaten visar att båda systemen fungerar på den svenska järnvägen. Beroende på hur trafiken, banutformningen samt kostnaderna för ett enskilt system ser ut kan båda systemen användas. Resultatet visar också att vid låg trafiktäthet har AT-systemet större energiförluster än ett BT-system. Vid hög trafiktäthet har ett BT-system större energiförluster än ett AT-system. Resultaten visar också att autotransformator-systemet har en bättre överföringsförmåga av effekt men är dyrt. Boostertransformatorsystemet å andra sidan har en sämre överföringsförmåga av effekt men är billigare. / On the Swedish railway, two different return systems are used on the overhead line, autotransformer systems and booster transformer systems. Most routes in Sweden today have booster transformer systems. In step with the development of the railway, other requirements are placed on the lines, for example the introduction of high-speed trains. The problem formulation thus became the question of which system is preferred for upgrading or new construction of the railway. Calculations of transmission capacity depending on the voltage control in the systems and a model for a life cycle cost analysis gave the answers to what the difference looks like in these systems from a technical and economic perspective. The results show that both systems work on the Swedish railway. Depending on the traffic, track design and costs of an individual system, both systems can be used. The results also show that at low traffic density, the AT system has greater energy losses than a BT system. At high traffic density, a BT system has greater energy losses than an AT system. The results show that the autotransformer system has a better transmission capacity of power but is expensive. The booster transformer system, on the other hand, has a poorer transmission capacity of power but is cheaper.

Äldre flerbostadshus står för en stor del av Sveriges totala energianvändning som behöver sänkas föratt minska klimatpåverkan och klara regeringsmålet om effektivare energianvändning. Examensarbetets syfte är därför att bidra till en ökad kunskap om energieffektivisering genom åtgärder i äldre byggnaders klimatskärm, och om hur åtgärder kan värderas genom energisimulering och livscykelkostnadsanalys. Målet är att identifiera vilka åtgärder som är ekonomiskt och arkitektoniskt lämpliga för äldre flerbostadshus med intresse av att bevara deras karaktär. Det är även att bedöma vilken energibesparing och livscykelkostnad de utvalda åtgärderna genererar. Ett flerbostadshus i centrala Luleå valdes ut som referensbyggnad. Byggnaden är genom sin konstruktion och design representativ för tidseran. Intressanta åtgärder samt åtgärdspaket i dess klimatskal valdes ut. Sedan utfördes en bred litteraturgenomgång om bostadsbyggandet i Sverige 1945–1964, byggnadens energianvändning, energieffektivisering av klimatskalet, de utvalda åtgärderna samt metoderna energisimulering och livscykelkostnadsanalys. Referensbyggnaden dokumenterades och en energisimuleringsmodell byggdes i programvaran IDA ICE. Den nuvarande utformningen av byggnaden simulerades och kalibrerades mot senast uppmätt normalårskorrigerad energianvändning. Sedan utfördes simuleringar för de utvalda åtgärderna och åtgärdspaketen vilka bestämts till tilläggsisolering av vindsbjälklag, byte av fönster till lågenergifönster och tätning av otätheter runt dessa, en kombination av båda tidigare åtgärder (åtgärdspaket 1), tilläggsisolering av fasad och fönsterbyte, samt en kombination av alla tre åtgärder (åtgärdspaket 2). Livscykelkostnaderna för nuläget och för implementering av de olika åtgärderna beräknades genom nuvärdeskostnadsmetoden. Även återbetalningstider beräknades genom simple-payback-metoden. Byggnadens nuvarande utformning gav efter kalibrering en simulerad energianvändning på 136,2 kWh/(m2Atemp,år); 2,9 % över det senast uppmätta normalårskorrigerade värdet. Nuvärdeskostnaden för att inte utföra någon åtgärd beräknades till ca 2 727 tkr. Åtgärderna genererade energibesparingar på 3,5–14,6 %, nuvärdeskostnader på 2 685-5 880 tkr och återbetalningstider på 7-105 år. För varje adderad åtgärd i klimatskalet ökade energibesparingen. Tilläggsisolering av vindsbjälklag visade sig vara den enda lönsamma åtgärden, då den har en nuvärdeskostnad som är lägre än att inte utföra någon åtgärd. En känslighetsanalys utfördes för kostnadsberäkningarna där diskonteringsräntan höjdes och sänktes med 2 % och energipriset höjdes med 10 %. Tilläggsisoleringav vindsbjälklag kvarstod dock som den enda lönsamma åtgärden. Åtgärderna hade kunnat generera högre procentuell energibesparing för en annan liknande byggnad. Referensbyggnaden innehåller ett stort renoverat kontor vilket ger en lägre nuvarande energianvändning och lägre procentuell energibesparing för åtgärder än om endast den äldre bostadsdelen studerats. Då Luleå har Sveriges lägsta energipris är åtgärder med hög investeringskostnad ekonomiskt svårmotiverade. Detta beror på att kostnadsbesparingarna genom minskad energianvändning blir små i förhållande till åtgärdernas investeringskostnader. Tilläggsisolering av fasad kan inte rekommenderas då åtgärden både är mycket olönsam och förändrar byggnadens uttryck väsentligt. Slutsatsen är att tilläggsisolering av vindsbjälklag är den lämpligaste åtgärden för äldre flerbostadshus, av de undersökta åtgärderna för energieffektivisering i klimatskalet. Den är arkitektoniskt lämplig med hänsyn till bevarandet av byggnaden då den inte förändrar byggnadens utseende. Den är även ekonomiskt lämplig då den har en livscykelkostnad som är lägre änalternativet att inte utföra någon åtgärd. För fortsatta studier föreslås bl.a. att undersöka hur åtgärder kan göras mer attraktiva för fastighetsägare, att kartlägga fastigheter från tidseran (skick, energianvändning, resultat av åtgärder, möjligheter) samt att utvärdera potentialen av ny teknik. / Old multifamily houses stand for a large part of Sweden’s total energy usage, which must decrease to minimize our environmental impact and to accomplish the government goal of more efficient energy usage. The aim of this master thesis is therefore to contribute to an increased knowledge on energy optimization through building envelope improvements in older buildings, and how energy efficiency measures can be evaluated through building energy simulation and life cycle cost analysis. The goal is to identify which measures that are economically and architecturally appropriate for old multifamily houses with interest in retaining their character. It is also to evaluate which energy saving and life cycle cost the selected measures generate. A multifamily house in central Luleå was selected as reference building. The building is by its construction and design representative for the era. Interesting energy efficiency measures in the building envelope were chosen. Then a wide literature study was carried out on house building in Sweden 1945-1964, building energy usage, energy efficiency through building envelope measures, the selected measures and the methods building energy simulation and life cycle cost analysis. The reference building was documented and an energy simulation model was built in the software IDA ICE. A present version of the building was simulated and calibrated to better match the latest normalised annual value. After that, simulations were performed for the selected measures; additional attic insulation, change to low energy windows and weather stripping these, a combination of both previous measures, additional facade insulation and change of windows, and a combination of all three measures. The life cycle costs of the present situation and for implementation of the different measures were calculated through the net present cost method. Also, payback times were calculated through the simple payback method. The building in its original state showed a post-calibration energy usage of 136,2 kWh/(m2Atemp,year); 2,9 % above the surveyed value. The net present cost for not performing any energy conservation measures was calculated to about 2 727 SEK. The measures generated energy savings of 3,5-14,6 %, net present costs of 2 685 -5 880 SEK and payback times of 7-105 years. For each added measure in the building envelope, the energy saving increased. Additional insulation of the attic turned out to be the only profitable measure, since its net present cost is lower than for not performing any energy conservation measure. A sensitivity analysis was performed for the cost analyses where the discount rate was raised and lowered by 2 % and the energy price raised by 10 %. However, the additional attic insulation remained as the only profitable measure. The energy conservation measures could have generated greater energy savings for a similar building. The reference building contains a large retrofitted office which lowers the present energy usage and the percental energy savings for measures compared to if only the dwelling part had been studied. Since Luleå has Sweden’s lowest energy prices, measures with high investment costs become difficult to give grounds for. This is because the cost savings achieved by their energy savings are low compared to their investment costs. Additional facade insulation cannot be recommended since it both is very unprofitable and highly changes the appearance of the building. The conclusion is that additional attic insulation is the most appropriate energy conservation measure for old multifamily houses, of selected measures in the building envelope. It can be regarded as architecturally appropriate since it does not change the building appearance. It is also economically appropriate since its life cycle cost is lower than for not performing any measure. Suggested future research includes analyzing how energy efficiency measures can be made more attractive for real estate owners, charting real estate from the era (condition, energy usage, results from measures, opportunities) and evaluating the potential of new technology within the field.

Les structures de génie civil, en particulier les ponts en béton armé, doivent être conçues et gérées pour assurer les besoins de transport et de communication dans la société. Il est indispensable de garantir un fonctionnement convenable et sécuritaire de ces structures, puisque les défaillances peuvent conduire à des perturbations du transport, des pertes catastrophiques de concessions et des pertes de vies humaines, avec des impacts économiques, sociétaux et environnementaux graves, à court et à long termes. Les gestionnaires entreprennent diverses activités pour maintenir la performance et le fonctionnement adéquat à long terme, tout en satisfaisant les contraintes financières et sécuritaires. Idéalement, ils peuvent recourir à des techniques d'optimisation pour établir les compromis entre la réduction du coût du cycle de vie (LCC) et la maximisation de la durée de vie. Cela nécessite le développement de l’analyse du cycle de vie, de l’analyse de fiabilité et de l'optimisation structurale.Les approches actuelles pour la conception et la gestion des structures s’appuyant sur l’analyse du coût de cycle de vie, montrent les besoins suivants : (1) une approche intégrée et systématique pour modéliser de façon cohérente les processus de dégradation, les charges de trafic, le vieillissement et les conséquences directes et indirectes de la défaillance, (2) une considération complète des dépendances économiques, structurales et stochastiques entre les différents éléments de l’ouvrage, (3) une approche permettant de modéliser efficacement un système structural formé de plusieurs éléments interdépendants, (4) une évaluation des conséquences de la dégradation et de la redistribution des charges entre les éléments en tenant compte de la redondance du système et de la configuration de l’ouvrage, (5) une méthode d'optimisation de la conception et de la maintenance qui préserve l’exigence de fiabilité tout en considérant la robustesse de la décision. L'objectif global de cette thèse est de fournir des procédures améliorées qui peuvent être appliquées à la conception et à la gestion fiabilistes et robustes des ouvrages en béton armé, en réduisant les coûts supportés par les gestionnaires et les utilisateurs, tout en tenant compte des dépendances entre les éléments. Dans la première partie de cette thèse, une synthèse bibliographique concernant les procédures de la conception et de la maintenance basée sur des calculs fiabilistes est présentée, et les différents composants du LCC sont développés. Ensuite, une approche est proposée pour la conception des ouvrages en tenant compte du coût aux usagers et en intégrant dans la fonction du coût de cycle de vie. Le modèle couplé corrosion-fatigue est aussi considéré dans l’optimisation de la conception. La planification de la maintenance des ouvrages est ensuite développée, en considérant les différents types d'interaction entre les éléments, en particulier les dépendances économiques, structurales et stochastiques. Ce modèle utilise l'analyse de l'arbre de défaillance et les probabilités conditionnelles pour tenir compte des dépendances dans la planification de la maintenance. Les conséquences de la dégradation et de la redistribution des charges sont prises en compte dans l'approche proposée. Par ailleurs, une méthode pratique de calcul de la fiabilité d'un système formé de plusieurs composantes interdépendantes est proposée, à travers un facteur de redondance calculé par la modélisation mécanique. Enfin, une nouvelle procédure d'optimisation est proposée, permettant de tenir compte des incertitudes dans le système et la capacité structurale de s'adapter aux variabilités intrinsèques. La procédure proposée tient compte des incertitudes et de la variabilité dans une formulation cohérente, validée au moyen des applications numériques. (...) / Civil engineering structures, particularly reinforced concrete bridges, should be designed and managed to ensure the society needs. It is crucial to assure that these structures function properly and safely as damage during the service life can lead to transport disturbance, catastrophic loss of property, causalities, as well as severe economic, social, and environmental impacts, in addition to long term consequences. Decision-makers adopt various activities to maintain adequate long-term performance and functionality while satisfying financial constraints. Ideally, they may employ optimization techniques to identify the trade-offs between minimizing the life-cycle cost (LCC) and maximizing the expected service life. This requires the development of three challenging chores: life cycle analysis, reliability analysis and structural optimization. The current approaches for the design and management of structures through a Life-cycle cost analysis (LCCA) highlight the following needs: (1) an integrated and systematic approach to model coherently the deterioration processes, the increasing traffic loads, the aging and the direct and indirect consequences of failure, (2) a mutual consideration of economic, structural and stochastic dependencies between the elements of a structural system, (3) an adequate approach for the deterioration dependencies and load redistribution between the elements, (4) an improvement of system reliability computation as a function of the structural redundancy and configuration that can take into account the dependencies between the elements, (5) a consideration of design and maintenance optimization procedures that focus coherently on the robustness of the management decision and on the satisfaction of reliability requirements.The overall objective of this study is to provide improved LCCA and procedures that can be applied to select optimal and robust design and maintenance decisions regarding new and existing reinforced concrete structures, by minimizing both manager and user costs, while providing the required safety along the structure lifetime, taking into account the most severe degradation processes and the dependencies between structural elements. In the first part of this thesis, a literature review concerning the current probabilistic design and maintenance procedures is presented, and the LCC components are discussed. Then, a new approach is developed to evaluate the user delay costs on a reinforced concrete bridge structure, based on direct and indirect costs related to degradation and failure, and to integrate it to the life cycle cost function, in order to allow for probabilistic design. In addition,the coupled corrosion-fatigue model is considered in the design optimization. Afterward, a structural maintenance planning approach is developed to consider the three types of interactions, namely economic, structural and stochastic dependencies. The proposed model uses fault tree analysis and conditional probabilities to reflect the dependencies in the maintenance planning. The consequences of degradation are evaluated and a method is proposed to account for the load redistribution. Moreover, a practical formulation for quantifying the reliability of a system formed of interrelated components is proposed, by the mean of a redundancy factor that can be computed by finite element analysis. Finally, a new optimization procedure is proposed, by taking into account the uncertainties in the analysis, and the structural ability to adapt to variability, unforeseen actions or deterioration mechanisms. The proposed procedure takes account of uncertainties andvariability in one consistent formulation, which is shown through numerical applications. (...)

Klimatförändringarna blir allt mer omfattande i takt med att jordens befolkning ökar. Den negativa miljöpåverkan bottnar till stor del i användandet av råvaror och energiförbrukning vid skapandet av materiella ting. Enligt energimyndigheten (2015) står byggsektorn för ca 40 % av Sveriges totala energianvändning. För att minska energianvändningen har mål både på nationell och internationell nivå skapats. Målen är tänkta att skapa större förståelse av ett mer energieffektivt byggt samhälle för samtliga aktörer inom byggbranschen. En hållbar utveckling av husbyggandet kräver förutom att värna om miljön en beaktning av de ekonomiska och sociala aspekterna.   I det här examensarbetet har det undersökts om två specifika standardhus från en småhusleverantör kan utvecklas till passivhus med bevarad arkitektonisk karaktär. Studien syftar delvis till att undersöka om begreppet passivhus kan fungera som ett hållbart koncept för byggandet av enfamiljshus. Begreppet hållbar utveckling har begränsats och en förenkling har applicerats i arbetet. Den ekologiska aspekten representeras av energiberäkningar och eventuella åtgärder för att standardhusen ska uppnå kraven för passivhus. Den ekonomiska aspekten representeras av en livscykelkostnadsanalys med hjälp av nuvärdesmetoden och återbetalningsmetoden. Den sociala aspekten representeras av en utvärdering av förändring i boendekvaliteter vid utveckling från ett standardhus till passivhus. Studien presenterar även en alternativ utformning av ett passivhus med avsikt att främja positiva boendekvaliteterna.   Standardhusen tillhör en småhusproducent, Intressanta hus, som har sitt huvudsäte i Västerås. Husen utgörs av en villa på 147 m2 i ett plan med pulpettak samt en villa på 151 m2 i två plan med sadeltak. Med anledning av Intressanta hus geografiska läge har Västerås klimat använts som utgångspunkt vid energiberäkningarna. För att addera ytterligare en utmaning har även möjligheter för utveckling till passivhus undersökts för standardhusen i ett subarktiskt klimat i Kiruna. Västerås representerar därmed klimatzon III och Kiruna klimatzon I.   Resultaten avslöjade att det är möjligt att utveckla standardhuset i två plan med sadeltak till passivhus och samtidigt bevara den arkitektoniska karaktären i de båda klimatzonerna. Standardhuset med ett plan och pulpettak är endast möjligt att anpassa till passivhus i klimatzon III med bevarad arkitektonisk karaktär. Livscykelkostnadsanalysen visar med hjälp av nuvärdesmetoden att det är ekonomiskt fördelaktigt att investera i passivhus som ett koncept för en kalkylperiod på 50 år. Den boendekvalitet som främst förändras är bostadens ljusinsläpp och för passivhuset i ett plan är skillnaden av ljusinsläpp markant i klimatzon I.   Studiens slutsats är att konceptet passivhus är en metod av husbyggnation som främjar den hållarbara utvecklingen i förenklad form. Resultaten är framförallt positiva för klimatzon III men om byggnaden har låg formfaktor kan konceptet fungera bra även i kallare klimat som återfinns i klimatzon I. / The climate changes increases as the population increases. The negative environmental impact is mostly based on the use of raw materials and energy consumption in the production of various products. According to Energimyndigheten (2015), the building sector is the cause of about 40 % of Sweden's total energy use. In order to reduce the energy use goals have been created at both national and international levels. The goals are intended to create a greater understanding of a more energy efficient society for all actors within the construction industry. In addition to create a sustainable development of the building sector one needs to also take in account the social and economic aspects.   This master thesis examined whether two specific standard houses from a small house producer can be adapted to passive houses with a preserved architectural character. The purpose of the study is partly to investigate whether the concept of passive houses can serve as a sustainable concept of building single family houses. The concept of sustainable development has been simplified. The ecological aspect is represented by the energy calculations and possible actions that the standard houses need to achieve in order to meet the requirements for passive houses. The economic aspect is represented by a life cycle cost analysis using the Net Present Value method and the Simple Payback method. The social aspect is represented by an evaluation of changes in living qualities as the standard houses develops to passive houses. The study also presents an alternative design of a passive house with the purpose of improving the accommodation qualities.   The standard houses belong to a small-house-producer, Intressanta hus, who has their main market in Västerås. The houses is represented by a 147m2 villa with one floor and a pulpit roof and a 151m2 villa with two floors and a pitched roof. Due to Intressanta hus geographic location, the typical climate for Västerås has been used in the energy calculations. To add another dimension, opportunities for developing the standard houses to passive houses have also been investigated for the typical climate in Kiruna. Therefore Västerås represents climate zone III and Kiruna represents climate zone I.   The results revealed that it is possible to adapt the standard house with two floors and a pitched roof to a passive house while preserving the architectural character in both climate zones. The standard house with one floor and a pulpit roof is only possible to adjust to a passive house in climate zone III with a preserved architectural character. The life cycle cost analysis using the Net Present Value showed that it is an economical advantage to invest in a passive house in a period of 50 years. The accommodation quality that changes the most is the incident light in the houses and for the passive house with one floor the difference of light is remarkably high in climate zone I.

As we move towards a low-carbon economy, environmental sustainability drives corporate performance and strategy to a greater extent than a decade ago. Hence, there is a growing importance among actors with long-term ownership interests to recognize climate-related issues in investment decisions. Meanwhile, the real estate and construction industry account for approximately one fifth of the territorial greenhouse gas emissions in Sweden. In endorsement of national and international climate policies, many companies have developed climate strategies and targets focusing on dramatically reducing their carbon footprint within the next couple of years. However, previous research shows that there are significant challenges to reach these goals, which is also confirmed by a focus group discussion that was carried out as a pre-study for this thesis. A literature review shows that life-cycle cost analysis (LCCA) and shadow pricing of carbon (SPoC), are two tools that can support increased decarbonization and thus reduce negative climate impact from construction corporations. LCCA aims to take into account investments from a life-cycle perspective, which in combination with SPoC can facilitate identification of decisions that are the most beneficial from both an economic and environmental perspective. However, there is currently a research gap on how these tools are used in a Swedish context. Therefore, the aim of this study is to investigate how these tools, as innovative means for more climate oriented decision-making, are used in the Swedish context. By applying a qualitative research method in the form of semi-structured interviews with ten of the leading companies in the real estate sector, this study complements previous research through more in-depth insights into decision-makers’ attitude towards these tools. The research design is inspired by the Technology Acceptance Model, which is a theoretical framework that suggests a positive attitude towards perceived usefulness and ease of use as fundamental variables for an innovation to be applied in practice. The results of the study show a generally positive attitude among the surveyed companies, both in terms of usefulness and ease of use of these tools. Through the theoretical framework, it is shown that there is a high level of user acceptance within the Swedish real estate sector, which is also confirmed by the current degree of implementation. All surveyed companies use some type of LCCA, with some difference in terminology, while eight out of ten companies use some type of SPoC or intend to implement it within the near future. The study concludes that the use of LCCA and SPoC as support for decision-making in early project stages contribute to achieving corporate climate targets, and constitute support for decision-makers in dialogue with both internal and external stakeholders. In light of this conclusion, there is a probability that this may become a new industry standard, which may affect property valuation principles, rental levels and financing conditions in the longer term. / Under det senaste decenniet har klimatrelaterade frågor blivit en allt mer central del av fastighetsägares investeringsstrategier, där framförallt bolag med långsiktiga ägarintressen inser betydelsen av att bidra till en hållbar utveckling. Samtidigt står fastighets- och byggbranschen för ungefär en femtedel av Sveriges inhemska växthusgasutsläpp. För att stödja nationella och internationella klimatdirektiv har många fastighetsägare tagit fram klimatmål- och strategier som syftar till att kraftigt reducera sitt koldioxidavtryck inom de närmaste åren. Tidigare forskning visar dock att det föreligger betydande utmaningar för att nå dessa mål, vilket även bekräftas av en fokusgruppsdiskussion som genomfördes som en förstudie till denna rapport.  En litteraturgranskning visar att livscykelkostnadsanalys (LCCA) och skuggpris på koldioxid (SPoC) är två verktyg som kan effektivisera koldioxidreducering, för att minska negativ klimatpåverkan från bygg- och fastighetsbolag. LCCA syftar till att ta hänsyn till investeringar ur ett livscykelperspektiv, vilket i kombination med SPoC kan underlätta identifiering av beslut som är fördelaktiga ur både ett ekonomiskt- och klimatperspektiv. Däremot saknas det idag forskning kring hur dessa verktyg används inom den svenska fastighetssektorn. Denna studie syftar därför till att undersöka hur LCCA och SPoC används som beslutsunderlag inom den kommersiella fastighetssektorn, och hur de kan användas för att proaktivt minska klimatavtrycket i projekt. Genom att tillämpa en kvalitativ forskningsmetod, i form av semistrukturerade intervjuer med tio av de ledande fastighetsägarna inom sektorn, kompletterar denna studie tidigare forskning genom mer djupgående insikter kring branschens inställning till dessa verktyg. Studien är baserad på en vedertagen modell för användaracceptans, där användbarhet och användarvänlighet är centrala aspekter för att en innovativ modell eller ett nytt verktyg ska tillämpas i praktiken.  Studiens resultat visar på en generellt positiv inställning hos tillfrågade företag, både avseende användbarhet och användarvänlighet av dessa verktyg. Med stöd av studiens teoretiska ramverk visar detta på en hög användaracceptans inom den svenska fastighetssektorn, vilket även bekräftas av nuvarande implementeringsgrad. Samtliga tillfrågade företag använder någon typ av LCCA, med viss skillnad i terminologi, medan åtta av tio företag använder någon typ av SPoC eller avser att införa detta inom en snar framtid. Studien konkluderar även att användningen av LCCA och SPoC som stöd för beslutsfattande i tidiga projektskeden bidrar till att uppnå fastighetsägares klimatmål, och utgör stöd för beslutsfattare i dialog med både interna och externa intressenter. Mot bakgrund av denna slutsats är det sannolikt att detta kan bli en ny branschstandard, vilket kan komma att påverka fastighetsvärderingsprinciper, hyresnivåer samt finansieringsvillkor på sikt.

Silicon Carbide (SiC) is a wide-bandgap (WBG) semiconductor materialwhich has several advantages such as higher maximum electric field, lowerON-state resistance, higher switching speeds, and higher maximum allowablejunction operation temperature compared to Silicon (Si). In the 1.2 kV - 1.7kV voltage range, power devices in SiC are foreseen to replace Si Insulatedgatebipolar transistors (IGBTs) for applications targeting high efficiency,high operation temperatures and/or volume reductions. In particular, theSiC Metal-oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET) – which isvoltage controlled and normally-OFF – is the device of choice due to the easeof its implementation in designs using Si IGBTs.In this work the reliability of SiC devices, in particular that of the SiCMOSFET, has been investigated. First, the possibility of paralleling two discreteSiC MOSFETs is investigated and validated through static and dynamictests. Parallel-connection was found to be unproblematic. Secondly, drifts ofthe threshold voltage and forward voltage of the body diode of the SiC MOSFETare investigated through long-term tests. Also these reliability aspectswere found to be unproblematic. Thirdly, the impact of the package on thechip reliability is discussed through a modeling of the parasitic inductancesof a standard module and the impact of those inductances on the gate oxide.The model shows imbalances in stray inductances and parasitic elementsthat are problematic for high-speed switching. A long-term test on the impactof humidity on junction terminations of SiC MOSFETs dies and SiCSchottky dies encapsulated in the same standard package reveals early degradationfor some modules situated outdoors. Then, the short-circuit behaviorof three different types (bipolar junction transistor, junction field-effect transistor,and MOSFET) of 1.2 kV SiC switching devices is investigated throughexperiments and simulations. The necessity to turn OFF the device quicklyduring a fault is supported with a detailed electro-thermal analysis for eachdevice. Design guidelines towards a rugged and fast short-circuit protectionare derived. For each device, a short-circuit protection driver was designed,built and validated experimentally. The possibility of designing diode-lessconverters with SiC MOSFETs is investigated with focus on surge currenttests through the body diode. The discovered fault mechanism is the triggeringof the npn parasitic bipolar transistor. Finally, a life-cycle cost analysis(LCCA) has been performed revealing that the introduction of SiC MOSFETsin already existing IGBT designs is economically interesting. In fact,the initial investment is saved later on due to a higher efficiency. Moreover,the reliability is improved, which is beneficial from a risk-management pointof-view. The total investment over 20 years is approximately 30 % lower fora converter with SiC MOSFETs although the initial converter cost is 30 %higher. / Kiselkarbid (SiC) är ett bredbandgapsmaterial (WBG) som har flera fördelar,såsom högre maximal elektrisk fältstyrka, lägre ON-state resitans, högreswitch-hastighet och högre maximalt tillåten arbetstemperatur jämförtmed kisel (Si). I spänningsområdet 1,2-1,7 kV förutses att effekthalvledarkomponenteri SiC kommer att ersätta Si Insulated-gate bipolar transistorer(IGBT:er) i tillämpningar där hög verkningsgrad, hög arbetstemperatur ellervolymreduktioner eftersträvas. Förstahandsvalet är en SiC Metal-oxidesemiconductor field-effect transistor (MOSFET) som är spänningsstyrd ochnormally-OFF, egenskaper som möjliggör enkel implementering i konstruktionersom använder Si IGBTer.I detta arbete undersöks tillförlitligheten av SiC komponenter, specielltSiC MOSFET:en. Först undersöks möjligheten att parallellkoppla tvådiskretaSiC MOSFET:ar genom statiska och dynamiska prov. Parallellkopplingbefanns vara oproblematisk. Sedan undersöks drift av tröskelspänning ochbody-diodens framspänning genom långtidsprov. Ocksådessa tillförlitlighetsaspekterbefanns vara oproblematiska. Därefter undersöks kapslingens inverkanpåchip:et genom modellering av parasitiska induktanser hos en standardmoduloch inverkan av dessa induktanser pågate-oxiden. Modellen påvisaren obalans mellan de parasitiska induktanserna, något som kan varaproblematiskt för snabb switchning. Ett långtidstest av inverkan från fuktpåkant-termineringar för SiC-MOSFET:ar och SiC-Schottky-dioder i sammastandardmodul avslöjar tidiga tecken pådegradering för vissa moduler somvarit utomhus. Därefter undersöks kortslutningsbeteende för tre typer (bipolärtransistor,junction-field-effect transistor och MOSFET) av 1.2 kV effekthalvledarswitchargenom experiment och simuleringar. Behovet att stänga avkomponenten snabbt stöds av detaljerade elektrotermiska simuleringar för allatre komponenter. Konstruktionsriktlinjer för ett robust och snabbt kortslutningsskyddtas fram. För var och en av komponenterna byggs en drivkrets medkortslutningsskydd som valideras experimentellt. Möjligheten att konstrueradiodlösa omvandlare med SiC MOSFET:ar undersöks med fokus påstötströmmargenom body-dioden. Den upptäckta felmekanismen är ett oönskat tillslagav den parasitiska npn-transistorn. Slutligen utförs en livscykelanalys(LCCA) som avslöjar att introduktionen av SiC MOSFET:ar i existerandeIGBT-konstruktioner är ekonomiskt intressant. Den initiala investeringensparas in senare pågrund av en högre verkningsgrad. Dessutom förbättrastillförlitligheten, vilket är fördelaktigt ur ett riskhanteringsperspektiv. Dentotala investeringen över 20 år är ungefär 30 % lägre för en omvandlare medSiC MOSFET:ar även om initialkostnaden är 30 % högre. / <p>QC 20170524</p>

För småhusägare finns ekonomiska incitament till att sänka det årliga energibehovet för värme och tappvarmvattenberedning, då det utgör huvudparten av det totala årliga energibehovet för bostäder i Sverige. Valet av värmesystem är därför ett viktigt då det kan medföra mer eller mindre gynnsamma ekonomiska konsekvenser sett över längre tidsperioder,då den mängd köpt energi som systemet kräver kan medföra besparingar som viktas mot den ekonomiska investeringen av systemet.Syftet med denna studie har därför varit att skapa ett referensunderlag över fyra olika värmesystem med jämförelser mot småhus av olika storlek, geografisk placering samt olikaisoleringsstandard, där det eller de mest ekonomiskt gynnsamma värmesystemen, sett över en 50-årsperiod, kan utläsas utifrån dessa parametrar.De småhus som studien har jämfört har bestått av enplanshus med tre antagna areor, 89,7/120/150,3 m2. Dessa har jämförts för Malmö, Stockholm, Sundsvall samt Luleå, varpå varje area har innefattat tre olika antagna genomsnittliga värmegenomgångskoefficienter, Umedelvärden. Studien har genomförts med energiberäkningar enligt gradtimmemetoden, och den ekonomiska analysen genom beräknade livscykelkostnader, LCC, för de olika systemkonstellationerna. Fyra värmesystem har undersökts: Fjärrvärme, bergvärmepump, luft-vattenvärmepump samt frånluftsvärmepump. Frånluftsvärmepumpen har inkorporerats som ett FX-ventilationssystem, frånluftsventilation med värmeåtervinning. De övriga tre systemen har för studien kombinerats med ett FTX-ventilationssystem, från- och tilluftsventilation med värmeåtervinning.Resultaten har påvisat att FTX-system, i jämförelse med FX-system, sänker för samtliga studerade byggnader i Malmö det årliga värmeenergibehovet, den energi som måste tillsättas byggnaden, med 36–71%, medan det i Luleå sänks med 32–61%. Den årliga energianskaffningen, den energi som måste köpas för att värmesystemen skall generera erfordrad värmeenergi och tappvarmvattenberedning, är genomgående lägst för systemkonstellationen bergvärmepump i kombination med FTX. Den systemkonstellationenmed studiens genomgående högsta andel köpt energi, är fjärrvärme i kombination med FTX.Vid jämförelse av livscykelkostnader, LCC, har påvisats att fjärrvärme i kombination med FTX är mest ekonomiskt gynnsam endast då det årliga behovet av köpt energi är mycket litet, och att det vid högre behov istället blir det dyraste alternativet. Frånluftsvärmepump utgör ett ekonomiskt gynnsamt alternativ vid majoriteten av analyserade fall, tack vare lägre investeringskostnader som väger upp de högre värmeenergibehov som ventilationstypen medför. Bergvärme i kombination med FTX, utgör det dyraste alternativet i de flesta fall därdet årliga behovet av köpt energi är lågt, men påvisar ekonomisk gynnsamhet vid höga energibehov. Luft-vattenvärmepump i kombination med FTX, är relativt likvärdig bergvärmepump men har ej påvisats vara det billigaste alternativet i något studerat fall. Vid jämförelse mellan frånluftsvärmepump och bergvärmepump i kombination med FTX, har påvisats att för studiens samtliga analyserade objekt är den största prisskillnaden, utslaget på 50 år, mindre än 1.800 kr/år.Utifrån de parametrar som presenterats, har påvisats genomförbarhet i att skapa ett referensunderlag över optimal gynnsamhet för värme- och ventilationssystem hos småhus, vilket avläses utifrån husets storlek, U-medelvärde samt geografiska placering. / For homeowners, there are economic incentives to reduce the annual energy demand for heating and domestic hot water preparation, as these constitute the main part of the total annual energy demand for houses in Sweden. The choice of heating system is therefore important as it can have more or less favorable economic consequences over longer periods of time, as the amount of purchased energy required by the system can lead to savings that weigh against the economic investment in the system. The purpose of this study has therefore been to create a reference framework for four different heating systems, comparing them across houses of different sizes, geographical locations, and insulation standards, to identify the most economically beneficial heating systems over a 50-year period, that can be interpreted based on these parameters. The houses compared in the study were single-story houses with three assumed sizes: 89.7/120/150.3 m². They have been compared in Malmö, Stockholm, Sundsvall and Luleå, with each size having three different assumed average thermal transmittance values, average U-values. The study was conducted using energy calculations based on the degree-hour method, and the economic analysis was performed using calculated life cycle costs, LCC, for the different system configurations. Four heating systems were investigated: district heating, geothermal heat pump, air-to-water heat pump, and exhaust air heat pump. The exhaust air heat pump was incorporated as an MEVHR ventilation system, mechanical exhaust air ventilation with heat recovery, while the other three systems were combined with an HRVventilation system, mechanical exhaust and supply air ventilation with heat recovery. The results have shown that HRV systems, compared to MEVHR systems, reduce the annual heating energy demand, the amount of energy that must be supplied to the building, for all studied buildings in Malmö by 36-71%, while in Luleå it is reduced by 32-61%. The annual energy procurement, the amount of energy that must be purchased for the heating systems to generate the required heating energy and domestic hot water preparation, is consistently lowest for the geothermal heat pump system combined with the HRV. The system configuration with the highest proportion of purchased energy throughout the study is district heating combined with HRV. When comparing life cycle costs, LCC, it was found that district heating combined with HRVis the most economically beneficial system only when the annual demand for purchased energy is very low, and becomes the most expensive option at higher demands. The exhaust air heat pump is a cost-effective option in the majority of analyzed cases, thanks to lower investment costs that offset the higher heating energy demand induced by this type of ventilation. Geothermal heat pump combined with the HRV is the most expensive option in most cases when the annual demand for purchased energy is low but shows economic advantages at high energy demands. The air-to-water heat pump combined with the HRV is relatively similar to the geothermal heat pump but has not been shown to be the cheapest option in any of the studied cases. When comparing the exhaust air heat pump with the geothermal heat pump combined with the HRV, it is found that for all objects analyzed in the study, the largest price difference is, averaged over 50 years, less than 1,800 SEK/year. Based on the presented parameters, the feasibility of creating a reference framework for the cost-effectiveness of heating and ventilation systems in houses has been demonstrated, which can be assessed based on the house size, U-value, and geographical location.