Syftet med markvärme i stadsmiljöer är ofta att hålla gator, torg och andra relevanta markytor snö- och halkfria, till nyttan av att kunna undvika snöröjning. Markvärme är dock en dyr affär och problematisk för miljön.Tekniska verken i Linköping AB är en kommunalägd koncern som bland annat producerar och levererar fjärrvärme, fjärrkyla och markvärme som en tjänst inom divisionen Energi. Företaget har sett ett behov att utreda möjligheten att energieffektivisera markvärmen, då man ser att slutanvändningen av energi är för hög och kunderna inte är beredda att betala de priser som satts för markvärmen.Examensarbetet har syftat till att kartlägga dagslägets markvärme i Linköping och utreda förändringsmöjligheter som kan leda till en energieffektivisering och hur detta påverkar företagets produktion och kostnader.Kartläggningen av markvärmen har visat att det finns ett behov av att standardisera och förbättra styrningen i markvärmesystemens undercentraler. Förslag har därmed tagits fram att komplettera befintliga styrsystem, som har marktemperaturgivare, med fuktgivare, nederbördsgivare och att med den utrustningen inrikta sig på prognosstyrning för att minska slutanvändningen av energi då behovet av markvärme är litet.Energieffektiviseringsåtgärden har utretts med hjälp av en klimatmodell, utvecklad i ett beräkningsverktyg för simulering av styrmetod och väderlek. Modellen är ett marktvärsnitt som representerar markvärmens konstruktion och styrning och tar hänsyn till väderlek som påverkar markytans temperatur. Med denna modell har effektiviseringsåtgärden kunnat utredas. Resultaten av examensarbetet visar att möjlighet till stora energimässiga och ekonomiska besparingar genom enkla förändringar i styrmetod. / The purpose of ground surface heating is often to proactively avoid slipping risks, with the benefit of being able to avoid snow removal.Such snow melting systems are, however, an expensive business for the environment and also an expensive in an economic sense.Tekniska verken i Linköping AB is the regional utility situated in Linköping, Sweden, and among other things produce and deliver heating, cooling and ground surface heating as a service within the division Energy. The company has seen a need to investigate the possibility to improve the energy efficiency of the surface heating system, due to observations of a high energy use for the service as well as customers unwillingness to pay for the service due to too high prices.The purpose of this thesis has been to map the current ground surface heating system and identify possibilities for changes in order to improve its energy performance. Further, the goal has been to present saving potential and investigate how such changes affect the company’s production and costs.The mapping of the system has shown that there is a need to standardize and improve the control systems in each individual surface heating system. Proposals have therefore been to furnish the existing control systems with complementary equipment. Currently, the system is equipped with temperature controls, however, the proposal has been to complement it with humidity and precipitation sensors, and have a focus on weather forecasts. The goal with this proposal is to decrease the end-use of energy when the need for heating is low.The proposal has been investigated using a climate model, developed in a computational tool for the simulation of the control method and weather conditions. The model is a ground cross-section representing the surface heating system design, control system, and weather conditions that affects the ground surface temperature. With this model, the proposal of change in the system has been investigated. The results of the thesis indicate a possibility of major savings of energy and costs by simple changes in the control method.

Ett allt vanligare sätt att ta hand om det avfall som produceras i samhället är att förbränna det för att producera el och fjärrvärme. Detta gör Bodens Energi AB vid deras värmeverk som har flera avfallseldade pannor. Detta arbete fokuserar på deras största avfallseldade ångpanna där det uppstår problem till följd av askhanteringen. Den heta askan som kommer från pannan kyls ned i en asktransportör som är vattenfylld. Detta gör att vattnet blir varmt och samtidigt bildas det ånga som sedan bidrar till dålig arbetsmiljö då underhåll ska utföras på asktransportören. Den dåliga arbetsmiljön uppstår till följd av de skadliga ämnen som finns i vattnet, och därmed ångan, till följd av avfallet. Speciellt är det höga halter av klorid och sulfat men även andra skadliga ämnen. Den värme som finns tillgänglig i asktransportören utnyttjas inte idag och förslaget från företaget är att använda det till markvärme som kan smälta snö och is i en tipphall. I tipphallen är det idag problem för lastbilar att lasta av avfallet till följd av isbildning som uppstår i samband med ett sluttande plan. I det här arbetet har två lösningar undersökts med målet att sänka temperaturen på vattnet i asktransportören, baserat på företagets önskemål, och därmed minska ångbildningen. Lösningarna ska klara av den aggressiva miljö som förekommer i vattnet och ska vara kompatibla med markvärme som installeras i en tipphall. Utöver en beskrivning av lösningarna har även en analys av mass- och energiflöden gjorts för vattnet i asktransportören som underlag till beräkningarna. Den ena lösningen använder sig av plaströr som är formade som U och som sänks ned i vattnet i transportören. För den lösning visade resultatet att värmeöverföringen var för låg. För den andra lösningen, då den heta ytan på utsidan av transportören kyls med vatten, visar resultatet på att det är ett fungerade koncept. Lösningen innebär att kanaler skapas där vatten får passera den heta ytan flera gånger. Med denna lösning uppnås den sökta utloppstemperaturen på 45 °C och effekten på 250 kW för markvärmen. Samtidigt visar den framtagna energibalansen att värmflödet från transportörens väggar till vattnet i kanalerna är för liten. Den största energin finns i ångan som befinner sig i en annan del av transportören. Till följd av osäkerheter i energibalansen i form av massflöden och temperaturer är det inte möjligt att beräkna temperatursänkningen för vattnet. Men även om temperaturen på vattnet i transportören kan sänkas kommer ångbildningen inte att minska. Därför är rekommendationen att inte använda sig av lösningen med kanalerna. Framtida arbeten bör istället fokusera på att kondensera ångan genom att skapa kalla ytor på insidan av transportören.

På Norra Ön i Umeå planeras det för en ny stadsdel. Umeå kommun satsar på utveckling av kollektivtrafikstråk samtidigt som detaljplanen för Norra Ön har rörelserikedom som utgångspunkt. Nya broar och vägar kommer att byggas med fokus på att uppmuntra hållbart resande. Detta arbete syftade till att undersöka möjligheten till användandet av markvärme på gång- och cykelbanor på Norra Ön. Arbetets målsättning var att ta reda på vad systemets årliga energianvändning och driftkostnad skulle kunna bli samt bedöma om markvärme bör anläggas. Information om planeringen kring utbyggnaden av Norra Ön inkluderades i arbetet för att ge en övergripande bild av situationen för en eventuell implementering av markvärme. I arbetet beskrivs markvärmesystemets uppbyggnad och även teori för beräkning av markvärme. Markvärmens energibehov är till stor del väderberoende. Observationsdata för åren 2018–2020 från väderstationer i Umeå har sammanställts och legat till grund för beräkningarna av energianvändning och driftkostnad.   Stora variationer i energianvändning och driftkostnad uppstod mellan åren på grund av det varierande vädret. Ett markvärmesystem på Norra Ön hade med utgångspunkt i åren 2018–2020 medfört en årlig energianvändning på 4,9–7,2 GWh med en årlig driftkostnad på 4,2–5,4 Mkr. Energisystemet skulle vara det största i Umeå och en stor del av systemet skulle vara anlagt på broar vilket medför hög energianvändning och kostnad. Den största energianvändningen och kostnaden uppstod dock för cykelstråken eftersom den markanlagda delen av markvärmesystemet tar upp en större yta än den broanlagda delen av systemet. Effekterna av ett markvärmesystem ligger i linje med de mål som finns för Norra Ön vilket talar för att en anläggning av ett markvärmesystem i någon form bör övervägas. / A new housing district is planned on Norra Ön in Umeå. The municipality of Umeå is investing in the development of public transport while the planning of Norra Ön is based on creating conditions which contributes to an active lifestyle. New bridges and roads will be built to encourage sustainable traveling.  The purpose of this work was to investigate the possibility of using a heated pavement system for pedestrian and bicycle lanes on Norra Ön. The aim of this work was to find out what the system’s annual energy usage and annual operating costs could be and also assess whether a heated pavement system should be installed or not. Information about the planning of Norra Ön is included in this thesis to provide an overall view of the situation for a possible implementation of a heated pavement system. In this thesis, the structure of the heated pavement system and also the theory for calculating heat fluxes are described. The systems required heat flux is largely weather dependant. Observation data for the years 2018–2020 from weather stations in Umeå has been compiled and has been the basis for calculation of energy usage and operating costs. There was a big difference in energy usage and operating costs between the years due to the varying weather. A heated pavement system on Norra Ön could, based on the years 2018–2020, result in an annual energy usage of 4,9–7,2 GWh with an annual operating cost of 4,2–5,4 MSEK. The energy system would be the largest in Umeå and a large part of the system would be placed on bridges which causes high energy usage and cost. However, the largest energy usage and cost was found to be for the cycle paths because the ground-based part of the heated pavement system occupies a larger area than the bridge-based part of the system. The effects of a heated pavement system are in line with the goals that exists for Norra Ön, which suggests that usage of a heated pavement system in some form should be considered.

Med en ökande energiåtgång i världen krävs en omställning av energisystemet, med energieffektiva lösningar så att all energi används till sin fulla potential. Urbaniseringen har inneburit ett fokus på städer med stora system för samproduktion, menäven i mindre samhällen är hållbara energilösningar en viktig del i samhällsplaneringen. För sådana tillämpningar kan geotermiska energikällor i samband medvärmepumpar vara en viktig del för att täcka uppvärmningsbehovet för exempelvis bostadssektorn. En värmepump skapar både värme och kyla samtidigt, och när uppvärmningsbehovet täcks kan den kyla som skapas användas till andra ändamål, och på så sätt utnyttja systemets fulla potential. Detta examensarbete har genomförts som en fallstudie, och undersöker möjligheten att komplettera ett bergvärmepumpssystem med markvärmeslingor för kylning av en isplan. I arbetet undersöks under vilka förutsättningar som konceptet är praktiskt genomförbart för Innertavle bygdegård med en 600 m2 stor intilliggande grusplan, som på vintern används som isplan. Detta undersöks med hjälp av simuleringar av markvärmesystemet i Comsol Multiphysics® v.5.3a. Även en dimensionering av borrhålet utförs. Examensarbetet har genomförts i samarbete med Sweco Systems och Energilösningar Norrland. Resultaten av studien visar att för kylning av isplanen krävs en köldbärartemperatur på minst -6 till -4°C och över 150 W/m2 effektuttag ur markytan. Med husets effekt klarar systemet av att kyla en plan på mellan 30 och 60 m2. Om systemet optimeras för kylning av isplanen klarar en temperatur på -4 till -2°C, samt en effekt på strax över 50 W/m2, av samma uppgift. Vid en modifiering av drifttiden kan kylbehovet för det optimerade systemet klara av att kyla en 100m2 stor isplan. Borrhålet beräknas behöva en aktiv borrhålslängd på 390 - 415 m beroende på borrhålets diameter. Av resultaten från studien kan slutsatsen dras att ett kombinerat system med bergvärmepump och kylning av isplan i nuläget inte kan rekommenderas för det undersökta fallet. / With an ever increasing energy consumption in the world, there is a dire need for a conversion of the worlds energy systems, where energy efficient solutions and using the maximum potential of the energy sources are paramount. Urbanization has led to an increased focus on large cities, with bigger systems for joint production. However, smaller cities and communities also require sustainable energy solutions. In these conditions, geothermal heat pumps has a great potential to cover the need for heating in the residential sector. A heat pump can provide heating and cooling at the same time, and when the heating requirement is being fulfilled the cooling can be used for other purposes, and as such use more of the systems available potential. This thesis work has implemented a case-study approach, and evaluates the possibility of adding shallow horizontal ground heat collector pipes to a vertical ground heat exchanger system, with the purpose of cooling an outdoor ice rink. The thesis explores what conditions are required to successfully apply the concept to the existing property Innertavle bygdegård, with a 600 m2 large adjacent field which in the winter time is used as an ice rink. The method used in the thesis is simulating the shallow horizontal ground system in Comsol Multiphysics®v.5.3a. In addition to this, a dimensioning of the borehole heat exchanger is performed. The thesis work has been performed in association with Sweco Systems for Energilösningar Norrland.The results of the study show that cooling of the ice rink requires a refrigerant with a minimum temperature of -4 to -6°C, and a heat extraction of more than 150 W/m2 from the ground. Using the available heat load from the house the system can keep an ice rink of between 30 and 60 m2 under freezing temperature. If the system is optimized for cooling of the ice rink the refrigerant only has to be -4 to-2°C, and the cooling load just over 50 W/m2, to sufficiently cool the ice surface. In addition, a modification of the operating time can reduce the cooling need so that the optimized system can cool a ice surface the size of 100 m2. The borehole is calculated to require an active length of 390 - 415 m depending on the diameter of the borehole. The conclusion of the results is that a combined system with a ground source heat pump with simultaneous cooling of an ice rink not can be recommended for the examined case.

Det finns flera tillfällen där stadsbussarna i Östersund ställts in de senaste åren på grund av bristande framkomlighet påverkat av halka. Med kommande klimatförändringar och därmed extremare väder kommer krav på halkbekämpning, för att bibehålla eller öka framkomligheten, att öka mer och mer. För att avhjälpa detta problem har möjligheten till uppvärmda vägar studerats. Studiens utförande har gått ut på att ta fram en vägsträcka i Östersund som är mest problematisk vid halt väglag för att sedan avgöra vilka kostnader det skulle innebära att implementera en uppvärmd väg på den utvalda sträckan. Studien omfattar endast uppvärmning med hjälp av fjärrvärme och den specifika platsen har tagits fram genom ett enkätutskick till yrkeschaufförer i lokaltrafiken inom Östersund. För att beräkna kostnader har intervjuer med sakkunniga personer inom området utförts samt prislistor och typsektioner från markvärmeföretag har använts. Intervju med gatukontoret tillsammans med enkätutskick visade att trafikljuset på Gränsgatan vid Österängsparken är den plats som upplevs som mest problematisk ur halksynpunkt varför den sträckan valdes som föremål för studien. Enligt beräkning framtagen i studien är kostnaden för att anlägga denna plats med värmeslingor och sedan återställa vägen uppgår till ca 700 000 kr. Studien indikerar att driftkostnaden för att värma upp vägpartiet istället för att utföra traditionell halkbekämpning är väsentligt mycket dyrare. Av tre olika beräknade alternativ på driftkostnad leder den lägsta kostnaden till att det är 90 kr dyrare per kvadratmeter per år att värma upp och den högsta kostnaden leder till en differens på 290 kr per kvadratmeter per år för uppvärmning. En stor del av investeringskostnaden är ombyggnation av vägen och ifall vägen ändå ska göras om kan en uppvärmd väg vara ett alternativ om man är beredd på att driftkostnaderna blir väsentligt mycket högre.

Trafiksäkerheten för cyklister vintertid är beroende av bra friktion, god framkomlighet och välplanerad cykelinfrastruktur. För att cyklandet ska kunna ske året om är det viktigt att kunna erbjuda cyklisterna säkra vägar vintertid. Genom olika driftmetoder kan cykelvägarna göras framkomliga även vid kyla och snöfall. I studien har metoderna konventionell snöröjning, sopsaltning och markvärme studerats. I Stockholms stad har utvalda cykelstråk sedan vintern 2013/2014 sopsaltats för att fler ska välja cykeln på vintern. Ytor i centrala delar av staden med högt fotgängarflöde värms idag upp av markvärme. Konventionell snöröjning med plog och sand används på gångytor och övriga cykelvägar. Dessa driftmetoder ger varierande resultat för framkomlighet och trafiksäkerhet. Cykelvägarna genom Slussenområdet är högt trafikerade då de binder ihop stadens cykelstråk från olika stadsdelar. Stockholms stad vill att cykeltrafiken ska öka ytterligare, vilket är något som läggs stor vikt vid ombyggnationen av Slussen. I rapporten har utformning av de nya cykelvägarna granskats och analyserats för att identifiera riskområden vintertid. Analysen bygger på tidigare mätningar, undersökningar och rapporter. Riskområdena är identifierade utifrån potentiell olycksrisk för cyklister, framkomlighet och drifteffektivitet. Förslag på vilken eller vilka av driftmetoderna som är mest lämplig har getts för varje område. Analysen visar på att det är bra om cykelvägarna sopsaltas. Där det förekommer många gångtrafikanter tillsammans med cyklister är det lämpligt att anlägga markvärme. Att sanda cykelvägarna är inte ett bra alternativ. Analysen visar även att det finns flera områden som kommer att vara problematiska för cyklisterna på vintern. / Road safety for cyclists during winter is dependent on good friction, good accessibility and well-planned cycling infrastructure. In order for cycling to happen throughout the year, it is important to offer cyclists safe roads even during winter. Through different operating methods, the cycleways can be made available even at low temperature and snowfall. In this study three different methods for snow clearance and skid control have been studied. Stockholm City uses the method of power broom and brine for de-icing on selected cycleways with high priority since the winter of 2013/2014. Other cycleways are cleared from snow through ploughing and skid control is done by gritting. Snow melting systems are installed in central parts of the city where heated ground gives the pedestrians a snow-free surface. The cycleways across Slussen have a high frequency of people travelling by bicycle because it ties cycleways from different parts and the city together. Stockholm City wants to promote bicycle travelling in the area that currently is undergoing rebuilding. In the report, the design of the new cycleways has been reviewed and analyzed to identify risk areas in winter. The analysis is based on previous measurements, surveys and reports. Risk areas are identified based on potential risk of accidents for cyclists, accessibility and operational efficiency. Proposals for which of the operating methods that are most appropriate have been given for each area. The analysis shows that the power broom-method is a good option. In areas where there are many pedestrians along with cyclists, it is advisable to install a snow melting system. Gritting the cycleway is not a good option. The analysis also shows that several areas will be problematic for cyclists in the winter.

Markvärme används för att hålla bland annat gångvägar och parkeringshus fria från snö och is. Dessa system styrs oftast baserat på momentan data hämtat direkt från anläggningen. Dessa markvärmesystem förbrukar stora mängder energi och syftet med detta projekt var att baserat på framtida väderprognoser optimalt och individuellt styra driften för att minimera energiförbrukningen.   Baserat på momentan marktemperatur och framtida väderprognoser går det att skapa en modell över markens framtida temperatur. Med hjälp av den framtida marktemperaturen samt tidigare och framtida nederbördsintensiteten går det att identifiera potentiellt farliga förhållanden som kommer att kräva markvärme. När detta behov är identifierat beräknas den tid det kommer ta att värma upp marken till en bestämd temperatur och smälta all nederbörd som befinner sig på marken.   När all nederbörd har smält börjar processen att torka marken. Med en ytavrinningsfaktor på 0.9 antas det att 90% av all nederbörd kommer att rinna av från vägen. Baserat på marktemperaturen och diverse olika väderparametrar beräknas avdunstningstiden för de resterande 10% av nederbörd som fortfarande är kvar på marken. När all nederbörd har avdunstat och ingen ny nederbörd är väntad inom tre timmar så anses marken vara torr och systemet går ur drift.   Systemet testades med data från februari 2023 och jämfördes med driften av markvärmen hos en av GateIBS anläggningar. Logiken för start av drift testades separat från logiken för stopp av drift. Det nya systemet skulle starta driften två gånger under februari med en nederbördsgräns satt till 3mm och 5mm och tre gånger med nederbördsgränsen satt till 1mm. Detta är en drastisk minskning jämfört med det faktiska markvärmesystemet som gick i drift totalt tio gånger under samma månad. Logiken för stopp av drift testades enbart då det faktiska markvärmesystemet gick i drift och under hela månaden så skulle det nya systemet sammanlagt stoppat driften 50 timmar tidigare vilken är en minskning i tid av total drift med 29.2% och en minskning i förbrukad energi med 28.5%. / Ground heating is used to keep walkways and parking lots free from snow and ice. These systems are usually controlled based on real-time data obtained directly from the facility. These ground heating systems consume large amounts of energy, and the purpose of this project was to optimally and individually control the operation based on future weather forecasts in order to minimize energy consumption.   Based on the current ground temperature and future weather forecasts, it is possible to create a model of the future temperature of the ground. Using the future ground temperature, as well as past and future precipitation intensity, it is possible to identify potentially hazardous conditions that will require ground heating. Once this need is identified, the time it will take to heat the ground to a specific temperature and melt all the precipitation on the ground is calculated.   After all the precipitation has melted, the process of drying the ground begins. With a surface runoff factor of 0.9, it is assumed that 90% of all precipitation will run off from the road. Based on the ground temperature and various weather parameters, the evaporation time for the remaining 10% of precipitation still on the ground is calculated. When all the precipitation has evaporated and no new precipitation is expected within three hours, the ground is considered dry, and the system stops operating.   The system was tested using data from February 2023 and compared with the operation of the ground heating system at one of GateIBS facilities. The logic for starting the operation was tested separately from the logic for stopping the operation. The new system would initiate the operation twice in February with a precipitation threshold set at 3mm and 5mm, and three times with the threshold set at 1mm. This is a drastic reduction compared to the actual ground heating system, which started a total of ten times during the same month. The logic for stopping the operation was tested only when the actual ground heating system was in operation, and throughout the month, the new system would have stopped the operation 50 hours earlier, resulting in a total reduction in operating time of 29.2% and a reduction in energy use by 28.5%.

Ett hållbart samhälle behöver ha en klimatvänlig snöröjning. Den traditionella snöröjningen är associerad med en del problem, exempelvis bidrar saltspridning till ökad korrosion av vägar och fordon, förorening av både ytvatten och grundvatten samt ökad mobilitet av tungmetaller. Ett hållbart alternativ är hydronisk markvärme, även kallat Hydronic Asphalt Pavement, HAP. Snösmältning med ett HAP-system sker genom att en varm fluid cirkulerar i rör under ytan som ska hållas snöfri. HAP- systemets energianvändning och snösmältningskapacitet är beroende av hur de värmande rören är placerade samt vilket styrsystem som används. Rapporten syftar till att öka förståelsen för hur styrsystemet och geometrin påverkar HAP-systemets energianvändning och snösmältningstid. En numerisk 2D-modell konstrueras i COMSOL Multiphysics vilken användes för att simulera styrsystemets och geometrins påverkan på HAP-systemet. Snön förenklades som en värmesänka till vilken modellen överförde värme via ett värmeflöde. En avgränsning i rapporten var att det bortsågs från vatten på ytan för att förenkla modellen. Resultatet bekräftar att HAP-systemets styrsystem och geometri har stor påverkan på dess energianvändning och snösmältningstid. Generellt ger en hög energianvändning kortare tid med snö på ytan. Det gör att om det är önskvärt att ha ett energisnålt system behöver en avvägning mellan energianvändning och tid med snö på ytan göras. Ett intermittent styrsystem bedöms vara ett bra alternativ då det ger relativt låg energianvändning och kort tid med snö på ytan. Om det inte finns en begränsning i energianvändning finns det flera styrsystem som kan ge en snöfri yta hela året. Ytans temperatur är den bästa styrparametern att använda för att minska både energianvändning och snösmältningstid. Då värmerören placeras grundare ökar energibehovet och tiden med snö på ytan minskar. Det är möjligt att placera värmerören djupare med bibehållen snöfri tid på ytan om styrsystemet anpassas efter djupet. En viktig anpassning är att styrsystemet ger en förvärmningseffekt, exempelvis att vägen börjar värmas då vägytans temperatur understiger 1°C. En ökning av avståndet mellan värmerören, CCrör, minskar energibehovet och tiden med snö på ytan ökar. Det bedöms vara möjligt att öka CCrör till 350 mm utan att generera för stora skillnader i temperaturprofilen över ytan då rördjupet är 100 mm eller 160 mm. Det styrsystem som gynnas mest av att öka CCrör till 350 mm är ”Grundfall”, vilken värmer vägen under hela vinterhalvåret. Energianvändningen minskar då med 132 kWh/m2 (22,9%) och den längsta ihållande tiden med snö på ytan ökar från 0 h till 4 h. Beroende på vad kraven på ytan är kan det vara möjligt att ha 350 mm som CCrör för de andra styrsystemen. HAP-systemet blir resurseffektivare och billigare vid konstruktion ju större CCrör som används, vilket är önskvärt. Resultatet visar att det är en liten minskning i energianvändning och snösmältningstid då isolering är under värmerören jämfört med ingen isolering. Detbedöms därför vara omotiverat ur både energisynpunkt och snösmältningsmässigt att använda isolering under värmerören på det sätt som undersökts i detta arbete. Det är en markant skillnad i energianvändning mellan ett styrsystem som är enklare och ett som är mer komplext. Om styrsystemet ”Intermittent” används i stället för ”Grundfall” vid Hamngatan i Karlstad skulle det generera en minskad energianvändning av 4,37 GWh fjärrvärme (58,5%), vilket motsvarar 199 ton CO2 per år. Resultatet understryker vikten att ett optimalt styrsystem används. Även en liten skillnad i energianvändning kan ge stora energimässiga besparingar eftersom det ofta är stora ytor som värms med ett HAP-system. För att kunna avgöra vilket styrsystem som är bäst lämpat behöver kraven på ytan bestämmas, vilket inte görs i arbetet, utan resultaten hålls generella. / A sustainable society need to have a climate friendly snow removal system. The traditional snow removal systems generate some problems, for example increased corrosion of roads and vehicles, contamination of both surface- and ground water and increased mobility of heavy metals. A sustainable alternative is Hydronic Asphalt Pavement, HAP. Snow melting with a HAP-system is generated by circulating a warm fluid in pipes underneath the surface that is to be snow free. Both the energy usage and snow melting time is affected by how the heat pipes are placed and which control system that is used. The report aims to increase the knowledge of how both the control system and geometry of the heating pipes affect the energy use and snow melting time of a HAP-system. A numerical 2D-model was constructed in COMSOL Multiphysics which was used to simulate how the control system and geometry of the heating pipes effects the HAP-system. The snow was simplified to a heat sink, to which the model could transfer heat through a convective heat flux. A demarcation of the study is that water on the surface is ignored to simplify the model. The results confirms that both the control system and geometry of the heat pipes greatly affects the energy usage and snow melting time. In general, a large energy usage generates a shorter total time with snow on the surface. It is therefore needed to do a balancing between energy usage and the total time with snow on the surface if the energy usage is to be restricted. An intermittent control system is considered to be a good alternative as it gives a relative low energy usage and short time with snow on the surface. If there is no limitation on the energy use, there is several control systems that gives a snow free surface throughout the year. The surface temperature is the best parameter for the control system as it minimizes both the energy usage and snow melting time. When the heating pipes is placed shallower the energy usage is increased and the time with snow on the surface decreases. It is possible to place the heating pipes at a greater depth and still have the same functionality of the HAP-system if the control system is adjusted accordingly. One important adjustment for the control system is preheating, for example that the heating is turned on when the air temperature is less than 1°C. An increase of CCrör decrease the energy usage and increase the time with snow on the surface. It is possible to increase CCrör to 350 mm and still have a smooth temperature profile if the heating pipes is placed 100 mm or 160 mm beneath the road surface. The control system that gains the most out of an increase in !!!ö! to 350 mm is “Grundfall”, which reduce its energy usage with 132 kWh/m2 (22,9%) and the longest time with snow on the surface is increased from 0 h to 4 h. Depending on which demands the surface is to meet, it is possible to have 350 mm as CCrör for the other control systems. An increase in CCrör makes the HAP-system more resource efficient and cheaper to build, which is desirable. The results show a small decrease in energy usage and snow melting time when isolation is underneath the heating pipes compared to without isolation. It is therefore deemed to be unmotivated to use isolation as it is used in this paper, in both energy use- and snow melting time-perspective. There is a significant difference in energy use between a simple and more complex control system. If the control system “Intermittent” is used instead of “Grundfall” at Hamngatan in Karlstad the energy usage would decrease with 4,37 GWh heat (58,5%) and 199 ton of CO2. The result underlines the importance of an optimal control system for a HAP-system. Even a small change in energy consumption can generate large energy savings due to the scale of the surfaces that is heated with HAP-systems. To be able to decide which control system that is the best suited, the demand on the surface needs to be set. The demands are not set in this paper in order to keep the results general.

<p>The report comprises two separate parts:</p><ul><li>part 1:  Temperature needs for district heating in the paint shop for axles in building 210</li><li>part 2:  Energy and low temperature waste heat solutions in heating and cooling systems for   building 64 with surroundings</li></ul><p>The paint shop for axles in part 1 has air quality requirements in places for coating of axles. Toachieve desired air properties there are different process ventilation systems, which consist ofventilation coils for heating and cooling, plus air humidifier. The ventilations coils for heating usedistrict heating. Today the ventilation coils use water of 100°C to achieve necessary air demands inthe coating boxes. This part of the report investigates whether the existing system would achievethe air requirements with a water temperature of 75°C instead of 100°C in the ventilation coilsduring the coldest parts of the year. The conclusion is that it is not possible; the existing system isadjusted for a water temperature of 100°C to achieve the air requirements. To use a watertemperature of 75°C, more or major ventilation coils are needed.</p><p>The focus of the report is at part 2. In this part, possibilities for low temperature waste heatsolutions are investigated. Those partly aim at specific local solutions for building 64 withsurroundings and on the other part of general waste heat solutions for new buildings andreconstructions in the future. To make these parts possible, the systems for heating and cooling inbuilding 64 have been identified. During this identification, potential savings that are not of wasteheat character have also been observed.</p><p>The most profitable saving concerns the control of temperature for the inner hardening vat. It isthe hardening vat for gas carburizing oven SV16838 that has been studied in this report. Today thetemperature of the hardening vat is controlled very ineffective. The conclusion is that a betteradjustment of the controller would save 180 000 SEK/year with a pay off time around two months.Worth mentioning (SV16838 included), is that there are at least five similar gas carburizing ovens atthe Scania area in Södertälje.</p><p>A pinch analysis has also been done for building 64, with it’s primarily conclusion that the groundheating is violating the pinch rules during long periods of the year. To remedy the ground heatingwill only need a different control and will lead to a saving between 20 000 – 75 000 SEK/year. Tomore accurate determine the saving, an investigation of the ground heating during winter time isneeded. Another conclusion concerning the pinch analysis is that the method for a real scenariorather shows the potential of the system than gives you an optimal solution possible to implement.More actions are to use the exhaustions of the endo gas generators and that the washing andrinsing systems if possible not should be heated with electricity. The exhaustions from the endo gasgenerators have a very high temperature, more then 300°C. If these, instead of hot water boilers,could warm the closely located water for the LPG (liquefied petroleum gas) evaporation, 125 000SEK/year can be saved. Today the hot water boilers are heated with electricity. If the washing andrinsing systems existing electricity heating instead can be heated with secondary heat (˜ districtheating), a save of 500 000 SEK/year is possible.</p><p>For waste heat solutions there are a few different approaches. Close to building 64, the largestpotential to use waste heat is in building 62 and 75, where air heaters are assessed with the largestpotential. In difference to other investigated buildings, building 210 has the possibility to use wasteheat even during the summer. This building is located 1 km from building 64. To use waste water inbuilding 210, a complex net of waste heating will be required where several buildings with asurplus of waste heat can be connected. A net like this has calculated pipe costs of 5, 2 million SEK.The saving for the use of waste heat only in building 210 will be around 1,4 million SEK/year. Thissave corresponds to the air handling systems that occur in part 1.</p>

The report comprises two separate parts: part 1:  Temperature needs for district heating in the paint shop for axles in building 210 part 2:  Energy and low temperature waste heat solutions in heating and cooling systems for   building 64 with surroundings The paint shop for axles in part 1 has air quality requirements in places for coating of axles. Toachieve desired air properties there are different process ventilation systems, which consist ofventilation coils for heating and cooling, plus air humidifier. The ventilations coils for heating usedistrict heating. Today the ventilation coils use water of 100°C to achieve necessary air demands inthe coating boxes. This part of the report investigates whether the existing system would achievethe air requirements with a water temperature of 75°C instead of 100°C in the ventilation coilsduring the coldest parts of the year. The conclusion is that it is not possible; the existing system isadjusted for a water temperature of 100°C to achieve the air requirements. To use a watertemperature of 75°C, more or major ventilation coils are needed. The focus of the report is at part 2. In this part, possibilities for low temperature waste heatsolutions are investigated. Those partly aim at specific local solutions for building 64 withsurroundings and on the other part of general waste heat solutions for new buildings andreconstructions in the future. To make these parts possible, the systems for heating and cooling inbuilding 64 have been identified. During this identification, potential savings that are not of wasteheat character have also been observed. The most profitable saving concerns the control of temperature for the inner hardening vat. It isthe hardening vat for gas carburizing oven SV16838 that has been studied in this report. Today thetemperature of the hardening vat is controlled very ineffective. The conclusion is that a betteradjustment of the controller would save 180 000 SEK/year with a pay off time around two months.Worth mentioning (SV16838 included), is that there are at least five similar gas carburizing ovens atthe Scania area in Södertälje. A pinch analysis has also been done for building 64, with it’s primarily conclusion that the groundheating is violating the pinch rules during long periods of the year. To remedy the ground heatingwill only need a different control and will lead to a saving between 20 000 – 75 000 SEK/year. Tomore accurate determine the saving, an investigation of the ground heating during winter time isneeded. Another conclusion concerning the pinch analysis is that the method for a real scenariorather shows the potential of the system than gives you an optimal solution possible to implement.More actions are to use the exhaustions of the endo gas generators and that the washing andrinsing systems if possible not should be heated with electricity. The exhaustions from the endo gasgenerators have a very high temperature, more then 300°C. If these, instead of hot water boilers,could warm the closely located water for the LPG (liquefied petroleum gas) evaporation, 125 000SEK/year can be saved. Today the hot water boilers are heated with electricity. If the washing andrinsing systems existing electricity heating instead can be heated with secondary heat (˜ districtheating), a save of 500 000 SEK/year is possible. For waste heat solutions there are a few different approaches. Close to building 64, the largestpotential to use waste heat is in building 62 and 75, where air heaters are assessed with the largestpotential. In difference to other investigated buildings, building 210 has the possibility to use wasteheat even during the summer. This building is located 1 km from building 64. To use waste water inbuilding 210, a complex net of waste heating will be required where several buildings with asurplus of waste heat can be connected. A net like this has calculated pipe costs of 5, 2 million SEK.The saving for the use of waste heat only in building 210 will be around 1,4 million SEK/year. Thissave corresponds to the air handling systems that occur in part 1.